Типы
арматуры Все трубопроводы тепловых
электростанций снабжают арматурой. Назначение ее — включать или отключать поток,
регулировать расход, температуру или давление потока и предохранять от нерасчетных
режимов. Соответственно назначению различают арматуру: запорную (включение
и отключение потока), регулирующую (изменение или поддержание заданного
расхода, давления, температуры), предохранительную (предупреждение чрезмерного
повышения давления, недопущение изменения направления расхода), контрольную
(указатели уровня) и конденсатоотводчики (автоматический отвод конденсата). Перечисленная
арматура может устанавливаться как на трубопроводах, так и на отдельных агрегатах.
Кроме того, есть арматура приводная (с ручным, электрическим, гидравлическим,
пневматическим приводами) и самодействующая, в том числе импульсная, приводимая
в действие самой средой. К приводной относятся вентили (рис.1, а),
задвижки (рис. 1, б) и краны (рис.1, в), к само-действующей —
обратные (рис. 2, а) и предохранительные (рис.2, б) клапаны.
 |
Схемы приводной арматуры: а — вентиль; б — задвижка; в — кран.
|  |
Схемы самодействующей арматуры: а – обратный клапан; б – предохранительный
клапан. |
В вентилях запирающий орган садится на седло, передвигаясь в направлении потока;
в задвижках он движется перпендикулярно направлению движения жидкости; в кранах
вращается вокруг своей оси. В обратных клапанах запирающий орган открывается потоком
среды в одном направлении и запирается в противоположном. Предохранительный клапан
открывается под воздействием избыточного сверх установленного давления и закрывается
при его восстановлении. Одно из назначений
арматуры — способствовать большей гибкости и надежности эксплуатации, давая возможность
отключать аварийные участки. Однако при высоких давлениях и особенно при больших
диаметрах трубопроводов сама арматура становится источником нарушений эксплуатации,
поэтому главное направление в развитии основных трубопроводов на атомных станциях
— применение возможно более простых и надежных трубопроводов с минимальным количеством
арматуры. Правила установки и эксплуатации
Необходимо руководствоваться определенными правилами ее установки и эксплуатации:
- движение среды должно совпадать
со стрелкой на корпусе арматуры;
- использование
арматуры не по прямому назначению запрещается, например недопустимо использовать
запорную арматуру как регулирующую;
- арматура
должна ввариваться в соответствующий участок трубопровода до его монтажа; при
проектировании трубопроводов установка ее предусматривается в местах, доступных
для обслуживания, если не имеется в виду радиоактивная среда;
- арматура,
работающая при высоких температурах, закрывается съемными разборными теплоизоляционными
конструкциями.
Приваривание арматуры
к трубопроводам уменьшает возможные протечки среды и повышает надежность работы.
Крышка арматуры присоединяется к ее корпусу на фланцах, что позволяет выполнять
мелкий ремонт на месте. Для возможности частичного ремонта без вырезки арматуры
иногда при невысоких давлениях седла в корпусах арматуры устанавливают на резьбе.
Если требуется более серьезный ремонт или замена арматуры, то она вырезается и
в последующем вваривается вновь. Вся арматура высокого давления выпускается заводами
только как приварная. В качестве запорных органов применяют вентили и задвижки.
Тип запорного органа выбирают в основном по диаметру трубопровода. На трубопроводах
диаметром 125 мм и более устанавливают, как правило, задвижки, а при диаметре
70 мм и менее — вентили. В интервале диаметров от 70 до 125 мм возможно применение
обеих конструкций. Установка задвижек обязательна лишь на трубопроводах, по которым
возможно движение среды в обоих направлениях, так как вентили, как правило, допускают
подвод среды только с одной стороны. Вентили несколько удобнее для ремонта, но
их гидравлическое сопротивление больше. Для вентилей трубопроводов диаметром 100
мм коэффициент гидравлического сопротивления составляет 2,5—5,5, а для задвижек
полнопроходного сечения — 0,25. Это позволяет, в частности, применять задвижки
с меньшим диаметром, чем диаметр трубопровода, куда их вваривают, что снижает
вес арматуры, а также ее стоимость. При этом если проходное сечение стеснено вдвое,
то коэффициент гидравлического сопротивления составит 1,5, а при использовании
направляющей трубы всего 0,8, т.е. он по прежнему будет существенно меньше, чем
для вентиля. Однако вес, размеры и ход шпинделя задвижки больше, чем те же параметры
вентиля. Задвижки
Наиболее употребительны задвижки с клиновым затвором. Такая задвижка может иметь
один клин, соединенный со шпинделем (рис. 3). В этой конструкции для создания
плотного контакта с двусторонним седлом клапана, установленным в корпусе, при
опускании шпинделя с клином требуется подгонка клина к двум поверхностям, что
выполнить полностью не удается. Более совершенна конструкция, приведенная на рисунке
4, в которой сидящий на шпинделе клин состоит из двух уплотняющих дисков (тарелок).
 Рисунок
3. Задвижка с клиновым затвором с цельным клином. |  |
Задвижка с клиновым затвором из двух дисков (тарелок).
1 — шпиндель; 2 — корпус; 3—распорный гриб; 4 — седло;
2 — корпус, 5 — уплотняющий диск (тарелка). |
При опускании шпинделя к уплотняющим кольцам (седлу) задвижки подходят обе тарелки,
а окончательная плотность соединения достигается при последующем опускании шпинделя,
так как тарелки прижимаются распорными грибками. Такие задвижки применяют как
на паре, так и на воде. Вентили
На трубопроводах АЭС применяют большое количество вентилей различного назначения.
На рисунке 5 показан запорный вентиль высокого давления. При его закрытии сидящий
на шпинделе клапан 3 опускается на седло 5.
 |
Запорный проходной вентиль высокого давления:
1 — шпиндель; 2 — полукольцо; 3 — основной клапан (тарелка);
4 — корпус; 5 — седло; 6— разгрузочная тарелка; 7—коническая
часть шпинделя; 8 — втулка. |
Для открытия вентилей и задвижек высокого давления необходимо преодолевать большие
усилия, так как при начальном положении существует большой перепад давлений по
обе стороны клапана. Ранее для облегчения открытия применяли обводные трубки малого
диаметра с вентилем на них, открыв который выравнивали давление по обе стороны
клапана, а затем уже поднимали его. Однако при этом создавались дополнительные
участки высокого давления и увеличивалось количество арматуры. В современных конструкциях
применяют метод внутренней разгрузки (рис. 5). Вначале поднимается разгрузочный
клапан 6 малого диаметра, открывая доступ среде по обеим сторонам основного клапана
3, Подъем клапана 6 идет до упора его в полукольцо 2, в связи с чем начинается
уже подъем основного клапана. Для уменьшения возможных утечек воды через сальник
на шпинделе 1 имеется коническая поверхность, упирающаяся во втулку крышки при
полном открытии вентиля. При открытом положении
вентилей протекающая среда воздействует на клапан (в отличие от задвижек, создающих
вместе с седлом плотное соединение). Поэтому в связи с возможным эрозионным воздействием
потока на клапан плотность вентилей обычно нарушается быстрее, чем плотность задвижек.
В вентилях возможна подача среды или только под клапан, или только на клапан.
На трубопроводах вентили следует располагать в соответствии с указателем направления
движения среды (стрелки), чтобы не создавать на шпинделе нерасчетных усилий. Запорная
арматура (запорные задвижки и клапаны) должна быть или полностью открыта, или
полностью закрыта. Использование ее как регулировочной арматуры приводит к повышенному
эрозионному износу деталей и нарушению основного соединения, а в результате —
к протечкам. Для регулирования расхода или давления существует специальная арматура.
Регулировочные вентили Регулировочные
вентили отличаются от запорных профилем клапана и седла (рис. 6). Односедельный
клапан 3 в виде иглы имеет переменное сечение. Он или укреплен на шпинделе 1,
или выполнен с ним как одно целое. Седло 2 укреплено на резьбе в корпусе 4 вентиля
и имеет расширяющееся сечение. Такой вентиль не может работать без протечек, но
этого и не требуется, так как он не запорный. Профилированный клапан-игла позволяет
изменять расход среды пропорционально его перемещению.
 |
Рабочая часть регулировочного вентиля для воды: 1
- шпиндель; 2 - седло; 3 - клапан; 4 - корпус. |  |
Рабочая часть регулировочного вентиля для пара |
Регулировочные
клапаны могут быть и двух седельными (рис. 7). Эта конструкция позволяет разгрузить
шток от больших осевых усилий, возникающих в результате разности давлений на входе
и выходе. Недостаток клапана — его большая неплотность из-за трудностей обеспечения
плотного прилегания двух посадочных поверхностей одновременно, поэтому регулирование
расхода при малом подъеме штока становится неудовлетворительным. Для радиоактивной
среды широко используют вентили с сильфонным уплотнением.
 |
Паровой редукционный (дроссельный) клапан шиберной конструкции. |
На рис. 8 показан регулирующий клапан шиберной конструкции. Такие клапаны применяют
как на паре, так и на воде для регулирования питания парогенераторов. Благодаря
разности давления по обе стороны шибера он прилегает к седлу и этим достигается
его высокая плотность, что особенно важно в БРОУ, так как протечки пара через
нее вызывают значительные потери. Для удобства размещения на трубопроводах запорную
и регулировочную арматуру выпускают в различных конструктивных вариантах, например
существуют специальные угловые вентили и др. Обратные
и предохранительные клапаны На всех питательных
магистралях перед питаемым агрегатом (парогенератор, реактор, испаритель и т.
д ) обязательна установка обратного клапана. Принцип его работы ясен из рис. 9.
 | Обратный
клапан для трубопроводов питательной воды. |
Чтобы не допустить существенного превышения давления в системе, обязательно устанавливают
не менее двух предохранительных клапанов. На трубопроводах больших диаметров применяют
импульсные предохранительные клапаны, в которых при превышении давления открывается
сначала вспомогательный клапан, а вслед за ним — основной. Предохранительные клапаны
на парогенераторах двухконтурных атомных станций, казалось бы, могут не устанавливаться,
так как давление в них не может подняться выше того, которое отвечает температуре
кипения, равной максимальной температуре теплоносителя. Однако расчет парогенератора
на это давление не снимает требования установки предохранительных клапанов на
случай (хотя и маловероятный) аварии, когда в результате прямого разрыва трубки
парогенератора давление в нем может возрасти до рабочего давления реактора. Предохранительные
клапаны используют и в первых контурах двухконтурных атомных станций (обычно на
компенсаторах объема) со сбросом образующегося при их открытии пара в барботер
под уровень воды. Кроме основных предохранительных клапанов первого контура устанавливают
дополнительные предохранительные клапаны меньшего проходного сечения на каждой
из петель многопетлевого водо-водяного реактора в их отключаемых частях. Для одноконтурной
АЭС предохранительные клапаны могут быть или на барабанах, или на паропроводах.
Обязателен сброс из них в барботажные устройства. По конструкциям кроме импульсных
различают рычажные и пружинные (рис.10) предохранительные клапаны.
 |
Пружинный предохранительный клапан рассчитанный на давление 12,5 МПа:
1 — корпус; 2 — втулка (седло); 3 — упорный закрепляющий штифт;
4 — направляющее (регулирующее) кольцо; 5 — тарелка клапана;
6 — направляющая втулка; 7 — шток; 8 — пружина; 9
— устройство для подрыва клапана от руки; 10 — гайка для регулировки клапана. |
Другая
арматура Для вывода дренажей, спуска
воды из контуров и непрерывной и периодической продувок также существуют свои
конструкции арматуры. Общее правило для них — последовательная установка двух
вентилей: запорного и вслед за ним соответствующего регулировочного, причем запорный
должен открываться полностью. Для автоматического удаления конденсата пара, периодически
скапливающегося в паропроводах, применяют конденсато-отводчики, через которые
отводится только конденсат. Особенно внимательно следует подходить к проектированию
трубопроводов и соответствующему выбору количества и мест размещения арматуры
в одноконтурных атомных станциях. Необходимо иметь в виду, что абсолютная плотность
в длительной эксплуатации недостижима, причем наиболее трудноуплотняемой средой
по началу пропуска является вода, а затем насыщенный и перегретый пар. В особо
ответственных местах с большой радиоактивностью среды применяют иногда сложную
систему уплотнений. Так, например, на атомной установке Арагонской национальной
лаборатории (США) с одноконтурным реактором шпиндели арматуры имеют уплотнение
из трех частей. После первой части протечка отводится в дренажное устройство с
давлением 0,114 МПа; после второй—в систему с разрежением 150 мм вод. ст..; в
третьей части давление превышает атмосферное на 150 мм вод. ст. Необходимость
тщательного уплотнения часто вызывается не только тем, что первичный теплоноситель
сильно радиоак-тивен и агрессивен, но иногда также и его дороговизной (например,
D2O). Промежуточное положение между арматурой и контрольно-измерительными приборами
занимают указатели уровня, как устанавливаемые непосредственно на оборудовании,
так и вынесенные за его пределы. Контроль уровня практически во всех аппаратах
производится для условий барботажа пара через водяной объем. При этом действительный
уровень воды в аппарате будет тем больше превышать уровень воды по водоуказательному
прибору, чем ниже по высоте аппарата сделан отвод к измерителю в области водяного
объема. Необходимо делать этот отвод возможно выше, но не превышая минимального
уровня воды в аппарате. Вся арматура, как снимаемая для ремонта, так и ремонтируемая
на месте, после ремонта должна проходить гидравлическое испытание на давление,
превышающее рабочее на 25%. При исполнении схем трубопроводов используют условные
обозначения для арматуры (риc. 11). Условные
обозначения арматуры на схемах трубопроводов: 
1 — арматура без электропривода; 8 — выброс в атмосферу; 2
— арматура с электроприводом; 9 — трехходовой клапан с выбросом в атмосферу;
3 — обратный клапан; 4 — регулировочный клапан; 10 — предохранительный
клапан с импульсным устройством и выхлопом в атмосферу; 5 — дроссельная
шайба; 6 — редукционная установка; 11- расходомер.
|
