Содержание материала

Штоки (шпиндели) работают в условиях постоянного или периодического трения при высоких тепломеханических нагрузках, подвергаются различного рода напряжениям сжатия, изгиба, кручения, находятся в контакте с сальниковой набивкой и резьбовой втулкой ходового узла. Для штоков должна выбираться сталь, имеющая высокое сопротивление релаксации, стабильные механические свойства, достаточную жаростойкость, высокую коррозионноэрозионную стойкость. Кроме того, во время перемещения штока его цилиндрическая поверхность не должна задираться при удельной нагрузке до 4 кгс/мм2.
Для исключения электролитической коррозии штока (шпинделя) в зоне сальниковой камеры необходимо выбирать такое сочетание материалов штока и крышки (в которой находится сальник), которое обеспечивало бы минимальную разность потенциалов. Экспериментально установлено, что при разности их потенциалов от 30 до 40 мВ и сопротивлении набивки от 200 до 400 Ом электролитическая коррозия не возникает. Опыт эксплуатации показывает, что снижению интенсивности коррозии штоков в зоне контакта с сальниковой набивкой способствует применение колец из терморасширенного графита для уплотнения вывода штоков из крышки.
Материалы, применяемые для изготовления штоков (шпинделей) арматуры различного функционального назначения, приведены в табл. 1.27.
Опыт эксплуатации показал, что получившие наибольшее распространение для изготовления штоков (шпинделей) стали 25Х2М1Ф и 38Х2МЮА имеют низкую коррозионную стойкость. Сталь 38Х2МЮА характеризуется коррозионной стойкостью 4-5 баллов по десятибальной шкале, что соответствует уносу материала 0,06 мм/год на рабочих режимах, сталь 25Х2М1Ф характеризуется коррозионной стойкостью 6-7 баллов, что соответствует уносу материала 0,42 мм/год.
В связи с этим на многих ТЭС при ремонтах арматуры штоки (шпиндели) из указанных марок стали заменяются штоками, изготовленными из жаропрочных титановых сплавов, характеризующихся коррозионной стойкостью 1 балл, что соответствует уносу материала менее 0,01 мм/год. Титановые сплавы имеют высокие прочностные характеристики. Так, сплав ВТ9 имеет временное сопротивление разрыву σΒ = 110 кгс/мм2 (1078 МПа), предел текучести σ0,2 = 98 кгс/мм2 (960 МПа). Опыт эксплуатации штоков из титановых сплавов показывает, что они практически не подвергаются коррозии в зоне контакта с сальниковой набивкой. Поэтому более высокая стоимость штоков из титана окупается снижением затрат на ремонт при их последующей эксплуатации.
Таблица 1.27. Прочностные характеристики материалов, применяемых для изготовления штоков (шпинделей)


Вид арматуры

Рабочая среда

Материал, защитное покрытие (ГОСТ, ТУ)

Прочностные характеристики, не менее

Предел текучести σ0,2, кгс/мм2 (МПа)

Временное сопротивление разрыву σΒ, кгс/мм2 (МПа)

Ударная вязкость
кгсм/см2
(Дж/см2)

Вентили

Вода

30X13
(ГОСТ 5632-72)

70 (686)

90 (882)

5 (49)

Пар

25X1МФА (ГОСТ 20074-72) Химическое никелирование

68 (666)

83 (813)

6 (58,8)

Задвижки

Вода

38Х2МЮА (ГОСТ 4543-71) Антикоррозионное азотирование

85 (833)

100 (980)

9 (88,2)

Пар

25Х2М1ФА
(ГОСТ 20072-74)

68 (666)

83 (813)

6 (58,8)

Регулирующие клапаны

Вода,
пар

38Х2МЮА (ГОСТ 4543) Антикоррозионное азотирование

85 (833)

100 (980)

9 (88,2)

14Х17Н2
(ГОСТ 5632-72)

85 (833)

110 (1078)

5 (49)

Х35БТ
(ТУ 14.1.1.272-72)

50 (490)

75 (735)

6 (58,8)

21Х14М2БФ
(ТУ 14.1.4621-88)

87,5 (858)

105 (1029)

 

25Х2М1Ф
(ГОСТ 20072-74)

68 (666)

83 (813)

6 (58,8)

Крепежные изделия

Крепеж должен обеспечить высокую плотность прилегания уплотнительных плоскостей фланцевых соединений. Контактное давление во фланцевом соединении ориентировочно должно быть в 3 раза выше давления среды. Болты и шпильки подвергаются действию высоких растягивающих и изгибных напряжений. Резьба болта, шпильки и гайки работает на срез. Температура болтов, шпилек и гаек может достигать 400 °C.
Таблица 1.28. Материалы крепежных изделий


Марка стали

ГОСТ

Предельные параметры

Крепежные детали

Температура, °C

Условное давление, МПа

20

1050-88

400

4-10

Гайки

30, 40, 50

10702-78

425

Шпильки

35Х, 40Х

4-20

Гайки

Шпильки

30ХМА.35ХМ

4543-71

450

Гайки

Не ограничено

Шпильки

510

Гайки

20X13

18968-73

450

Шпильки

510

Гайки

25X1МФ

20072-74

Шпильки

540

Гайки

25Х2М1Ф

20072-74

535

Шпильки

565

Гайки

15Х1М1Ф 20Х12ВМБФР

18968-73

560

Шпильки

Гайки

Шпильки

20Х1М1Ф1ТР
(ЭП182)

20072-74

580

Гайки Шпильки

Рекомендации по выбору материала крепежа в зависимости от температуры и условного давления приведены в табл. 1.28. Механические свойства материалов болтов и шпилек выбирают с учетом обеспечения необходимого контактного давления во фланцевом соединении. Обязательным требованием является близость значений коэффициентов линейного расширения материалов фланца и крепежа.
Гайки следует изготовлять из материала того же класса, что и шпильки (болты). Твердость гаек должна быть ниже твердости шпилек не менее чем на 12 ед. по Бринелю. Материал крепежа должен обладать высокой сопротивляемостью к хрупким разрушениям и малой чувствительностью к концентраторам напряжений. При применении крепежа из нержавеющих хромистых и хромоникелевых аустенитных сталей необходимо учитывать склонность этих материалов к задиранию в резьбовых соединениях.

Резьбовые пары

Для изготовления резьбовых втулок винтовых ходовых узлов арматуры, преобразующих вращательное движение привода в поступательное перемещение штока, на отечественных арматурных заводах применяются марганцовистые и алюминиевые бронзы марок БрАЖМц 10-3-1,5 и БрАЖ 9-4. Опыт эксплуатации показывает, что из-за низких прочностных характеристик указанных бронз происходит интенсивный износ резьбы, приводящий к появлению больших люфтов в цепи управления регулирующими клапанами. В связи с этим заслуживает внимания применение для изготовления резьбовых втулок оловянистых бронз марок Бр ОФ10-1 и Бр ОФ7-0,02. Как показали результаты исследований, при сухом трении долговечность пары шпиндель - резьбовая втулка при применении материала последней из Бр ОФ7-0.02 в 5 раз выше, чем при применении для этой цели бронзы АЖМц 10-3-1.5.

Выводы

  1. Материалы, применяемые для изготовления корпусов арматуры высоких параметров, в основном обеспечивают ее надежную эксплуатацию в течение всего расчетного срока ее службы. Повышению надежности корпусных деталей способствовал переход на изготовление большого объема арматуры с использованием штампованных и штампосварных корпусов. Эрозионный износ выходных патрубков регулирующей арматуры связан с несовершенством конфигурации проточной части шиберных клапанов и низкой эрозионной стойкостью материалов, из которых она изготовлена.
  2. Электроды, применяемые Чеховским заводом «Энергомаш», обеспечивают высокую коррозионную и эрозионную стойкость наплавленных поверхностей, но уступают по задираемости применяемым для этой цели зарубежными фирмами сплавам типа стеллит.
  3. Широко применяемые для изготовления шпинделей (штоков) стали 38Х2МЮА, 25Х1МФА, 25Х2М1ФА с различными защитными покрытиями (химическое никелирование, азотирование) имеют низкую стойкость против коррозии и эрозии. Хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации шпиндели, изготовляемые из стали 14Х17Н2. Высокую коррозионную и эрозионную стойкость имеют шпиндели, изготовляемые из титановых сплавов, но стоимость их существенно выше стоимости стальных шпинделей.
  4. Детали, испытывающие в процессе эксплуатации воздействие высокоскоростного потока, должны изготовляться из материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость.