Клапаны 15Б3р: полное техническое описание, назначение и применение в энергетике

Клапан 15Б3р представляет собой запорную трубопроводную арматуру с электромагнитным приводом, предназначенную для установки в системах управления и защиты турбин, а также в других ответственных технологических линиях энергетических объектов. Это арматура нормально-закрытого (НЗ) типа, относящаяся к классу «запорная» и работающая на отсечку потока рабочей среды. Основное функциональное назначение – аварийное и оперативное прекращение подачи пара, воды, масла или воздуха высокого давления по команде от систем контроля и автоматики (СКУ, АСУ ТП) или при срабатывании защит.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно клапан 15Б3р состоит из двух основных узлов: корпусной части с запорным органом и электромагнитного привода (соленоида).

• Корпус и запорный орган: Корпус, как правило, стальной (материалы: сталь 20, 25Л, 12Х18Н9ТЛ в зависимости от среды), фланцевый или под приварку. Запорный элемент – золотник (тарельчатый или игольчатый), перемещающийся вдоль оси потока. Уплотнение по затвору обеспечивается парами «металл-металл» (сталь по стали или с наплавкой стеллита) или с применением графитовых колец для повышенной герметичности. Клапан является односедельным, что обеспечивает полную герметизацию в закрытом положении, но требует значительного усилия для открытия против давления среды.
• Электромагнитный привод (ЭМП): Привод постоянного или переменного тока. В нормальном состоянии (без напряжения на катушке) затвор прижат к седлу усилием пружины, клапан закрыт. При подаче управляющего импульса напряжения (обычно 110 или 220 В постоянного тока) на катушку соленоида создается магнитное поле, которое втягивает сердечник, связанный через шток с золотником. Происходит преодоление усилия пружины и давления среды, золотник отходит от седла – клапан открывается. Удержание в открытом состоянии требует постоянной подачи напряжения. При снятии напряжения электромагнитная сила исчезает, и пружина мгновенно (время срабатывания – доли секунды) возвращает золотник в седло, перекрывая поток.
• Вспомогательные элементы: Концевые выключатели (микропереключатели) для сигнализации положения «Открыто»/«Закрыто» в АСУ ТП. Ручной дублер (штурвал или рычаг) для аварийного или ремонтного управления в отсутствие питания. В некоторых модификациях присутствует механический или оптический указатель положения.

Основные технические характеристики и параметры

Классификация и параметры клапанов 15Б3р определяются по следующим ключевым показателям:

Параметр	Значение / Описание
Условный диаметр (Ду)	10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 мм (наиболее распространены Ду 15, 20, 25)
Условное давление (Ру)	4,0 МПа (40 кгс/см²); 6,3 МПа (63 кгс/см²); 10,0 МПа (100 кгс/см²); 16,0 МПа (160 кгс/см²); 20,0 МПа (200 кгс/см²)
Рабочая среда	Вода, пар, воздух, турбинное масло, инертные газы. Материальное исполнение корпуса и уплотнений подбирается под конкретную среду.
Температура рабочей среды	До +425 °С (для паровых систем), до +200 °С (для водяных/масляных систем)
Климатическое исполнение	У, УХЛ, Т по ГОСТ 15150 (для работы в умеренном, холодном или тропическом климате)
Класс герметичности	А, В, С по ГОСТ 9544 (высокий, соответствует «полной непроницаемости» или «нормальной непроницаемости»)
Напряжение управления	Постоянный ток: 24, 110, 220 В. Переменный ток: 127, 220, 380 В, 50 Гц.
Время срабатывания	Не более 0,5 – 1,0 секунды (зависит от типа привода и давления)
Степень защиты IP	IP54, IP65 (защита от пыли и водяных струй)

Область применения в энергетике

Клапаны 15Б3р являются критически важными элементами систем безопасности и автоматики на ТЭС, АЭС, ГРЭС, в котельных.

• Система регулирования и защиты (СРП) турбины: Установка на импульсных линиях подачи масла на сервомоторы регуляторов скорости. Аварийное закрытие этих клапанов приводит к сбросу давления масла и мгновенному закрытию стопорных и регулирующих клапанов турбины (отсечка турбины).
• Системы пожаротушения и аварийного осушения маслосистем: В качестве отсечных устройств на линиях подачи пенообразователя или дренажа масла в аварийный бак.
• Системы технологического уплотнения: Перекрытие подачи уплотняющего пара или газа к торцевым уплотнениям турбомеханизмов.
• Вспомогательные пневмо- и гидросистемы: Управление подачей сжатого воздуха на пневмоприводы или рабочей жидкости в гидравлических контурах.

Маркировка, модификации и аналоги

Маркировка 15Б3р расшифровывается по общепринятой системе обозначений трубопроводной арматуры:

• 15 – запорный клапан (вентиль) электромагнитный.
• Б – материал корпуса: углеродистая сталь (9Г2С, 25Л и пр.). Если стоит «НЖ» – нержавеющая сталь.
• 3 – номер модификации (конструктивное исполнение привода и корпуса).
• р – тип уплотнения: с наплавкой или кольцами из неметаллических материалов (резина, фторопласт, графит) для повышенной герметичности.

Пример полного обозначения: Клапан 15Б3р Ду25 Ру160 – клапан электромагнитный, корпус из углеродистой стали, модификация 3, с уплотнением, условный диаметр 25 мм, условное давление 16 МПа.

К аналогам и клапанам схожего назначения можно отнести изделия серий: 15Б1р, 15Б6бк (с взрывозащищенным исполнением), клапаны типа КЭМ, КЭП, а также импортные соленоидные клапаны от ASCO, Burkert, Danfoss.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж клапанов 15Б3р должен производиться в соответствии с проектной документацией и ПТЭ. Ключевые требования:

• Установка на подготовленный трубопровод с соблюдением направления потока (указано стрелкой на корпусе).
• Обеспечение доступа к ручному дублеру, электроприводу и контрольным точкам.
• Подключение электрических цепей управления и сигнализации согласно схеме, с обязательным заземлением корпуса привода.
• Использование уплотнительных материалов (прокладки, набивка сальника), стойких к рабочей среде и температуре.

Эксплуатация включает периодическую проверку срабатывания по команде от АСУ ТП и от ручного дублера, контроль герметичности затвора и сальникового уплотнения, визуальный осмотр на предмет коррозии и механических повреждений. Техническое обслуживание (ТО) и ремонт проводятся по регламенту: чистка, проверка сопротивления изоляции обмотки соленоида, замена изношенных уплотнений, притирка затвора при потере герметичности.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокое быстродействие, критически важное для систем защиты.
• Надежность и простота конструкции.
• Возможность дистанционного и автоматического управления.
• Наличие ручного дублера.
• Высокая ремонтопригодность.

Недостатки:

• Значительная потребляемая мощность электромагнита для удержания в открытом состоянии (особенно при высоких давлениях и больших Ду).
• Чувствительность к загрязненности рабочей среды (возможен отказ или негерметичное закрытие).
• Односедельная конструкция обуславливает большое усилие на привод и невозможность использования в качестве регулирующей арматуры.
• Нагрев катушки при длительной подаче напряжения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается клапан 15Б3р от 15Б1р?

Основное отличие – в конструкции электромагнитного привода и корпуса. Модификация «3» часто имеет более мощный соленоид, усовершенствованную магнитную систему и конструкцию штока, рассчитанные на работу в более тяжелых условиях (более высокое давление, вибрация). Также может отличаться исполнение фланцев и тип присоединения.

Что делать, если клапан не открывается по электрической команде?

Необходима последовательная проверка: наличие управляющего напряжения на клеммах катушки; механическую свободу хода золотника (возможно заклинивание из-за накипи или загрязнений) вручную с помощью дублера; целостность обмотки соленоида (прозвон тестером); состояние пружины (поломка).

Как проверить герметичность клапана в закрытом положении?

Проверка проводится гидравлическим или пневматическим испытанием. При закрытом затворе создается пробное давление со стороны входа (1,25-1,5 от рабочего). Отсутствие падения давления или визуальной течи через дренажные отверстия/сальник указывает на герметичность. Негерметичность требует притирки или замены пар «золотник-седло».

Можно ли использовать клапан 15Б3р для регулирования расхода?

Нет, категорически не рекомендуется. Клапан является запорным (отсечным) и предназначен только для положений «полностью открыт» или «полностью закрыт». Попытка использовать его для регулирования (например, путем подачи прерывистого сигнала) приведет к ускоренному износу уплотнительных поверхностей, кавитации, вибрации и преждевременному выходу из строя.

Каков средний срок службы и что является основными причинами выхода из строя?

При соблюдении условий эксплуатации и проведении регулярного ТО срок службы может превышать 15-20 лет. Основные причины отказов: выгорание обмотки соленоида из-за перегрева или скачков напряжения; износ или прикипание уплотнительных поверхностей золотника и седла; износ сальникового уплотнения; коррозия корпуса; поломка возвратной пружины.

Какие документы регламентируют производство и испытания клапанов 15Б3р?

Основные нормативные документы: ГОСТ 9544-2015 «Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов»; ГОСТ 3326-86 «Клапаны запорные. Основные параметры»; ГОСТ Р 53673-2009 «Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности»; а также технические условия (ТУ) конкретного предприятия-изготовителя, в которых детализированы материалы, испытания и контроль.