Виды и типы трубопроводной арматуры. Олег Николаевич Шпаков, кандидат технических наук

Трубопроводная арматура играет ключевую роль в управлении потоками рабочих сред в различных отраслях промышленности. В статье, опубликованной в журнале «Вестник арматуростроителя», Олег Шпаков подробно рассказывает о видах и типах арматуры, их функциях и особенностях применения.

Исторический пример: создание гермоклапанов

• В 1963 году в Главном инженерном управлении ракетных войск возникла проблема замены арматуры вентиляционных систем, для открывания и закрывания которых предназначались затворы поворотные, получившие название гермоклапаны. Московское конструкторское бюро проектированию промышленной арматуры КБ ППА (с 1962 года – Московский филиал ЦКБА) разработало ряд гермоклапанов с диаметрами от 200 до 1400 мм. Клапаны представляли собой сварные цилиндры с валами, на которых были закреплены рычаги, соединенные с дисками через пружины. Это соединение позволило установить тарель клапана непосредственно на уплотнительные поверхности и только потом прижать ее к резиновому уплотнению через рычаги. Изготовление опытных образцов гермоклапанов было поручено Мышегскому арматурному заводу, с чем он превосходно справился.

Гермоклапан

• Существующие электроприводы для гермоклапанов были громоздкими, особенно для малых диаметров, и неудобными в обслуживании. На тульском заводе «Электропривод» Специальное КБ под руководством Виктора Стекачева, не связанное жестким планом производства, разрабатывало новые модели. Используя координатно-расточный станок (оператор В. Никитин), Стекачев создавал миниатюрные конструкции, допуская в расчетах нагрузки, близкие к пределу текучести материалов.
• "Совместно с Никитиным он разработал кулисно-винтовой электропривод с 20 деталями, помещавшийся в чемодан. Продемонстрировав его военным (быстрая сборка/разборка за 5 минут), Стекачев впечатлил руководство ракетных войск, которое решило форсировать внедрение привода. Однако ЦКБА, согласовывавшее новые разработки, забраковало конструкцию из-за недостаточной прочности. Военные настаивали на доработке".
• "В итоге привод усилили: добавили новую коробку путевых выключателей и направляющую планку для гайки кулисы, что перераспределило усилия в механизме и повысило крутящий момент. После доработок проект получил одобрение".

Кулисно-винтовой электропривод

• В 1963 году на Мышегском арматурном заводе собрали Межведомственную комиссию под руководством майора А.П. Араловца. В неё вошли специалисты ЦКБА, Тульского «Электропривода», Мышегского завода, военного института и другие. Представители ЦКБА (включая автора) поселились в Алексине, ожидая комиссию. Из-за задержки отправили телеграмму директору ЦКБА, после чего комиссия прибыла.
• Весь отдел приводных устройств, отложив другие работы, занялся выпуском рабочих чертежей ряда кулисно-винтовых приводов. Большую помощь в разработке оказал сам В. И.Стекачев. Он за несколько минут чертил от руки эскизы деталей, почти не заглядывая в чертежи общих видов, ставил размеры и допуски. Работа была закончена за неделю.
• Документацию рассмотрели в отсутствие ГОСТов, руководствуясь ТУ Главного артиллерийского управления. Комиссия одобрила запуск привода в производство, но начальник управления ракетных войск полковник Боголюбов, прибыв на «москвиче», забраковал акт. Документ переоформили ножницами и клеем, перепечатали и подписали.
• С 1965 года производство гермоклапанов поручили Луганскому заводу фрезерных станков, а электроприводов — Днепропетровскому и Запорожскому заводам. Луганск испытывал трудности, шутили про «заведённый гермоклапан». Запорожье быстро адаптировало чертежи под авиастандарты. В Днепропетровске возникли претензии к крутящему моменту: выяснилось, что проблема — в тонких проводах стенда. После замены кабелей привод работал с запасом мощности. Для доработки документации создали бригаду филиала ЦКБА под руководством Т.О. Тер-Матеосянца.

Несмотря на разнообразие применений, трубопроводная арматура выполняет три основные функции

Остановка потока:

• Запорная арматура предназначена для полного перекрытия потока рабочей среды. Она работает в двух положениях: полностью открытом или полностью закрытом.
• В сложных условиях эксплуатации запорная арматура часто оснащается пневматическими, гидравлическими или электрическими приводами.

Регулирование потока:

• Регулирующая арматура используется для управления параметрами потока (расход, давление, температура). К ней относятся клапаны, дисковые затворы, шаровые краны и другие устройства.
• Задвижки не рекомендуется использовать для регулирования, так как высокая скорость потока может повредить уплотнительные поверхности.

Предотвращение обратного потока:

• Обратная (невозвратная) арматура позволяет потоку двигаться только в одном направлении, блокируя обратное движение. Она широко используется для защиты оборудования, такого как насосы, турбины и котлы.

Согласно ГОСТ, арматура классифицируется по функциональному назначению на следующие виды:

• Запорная – арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью;
• Обратная – арматура, предназначенная для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды;
• Предохранительная – арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды;
• Распределительно-смесительная – арматура, предназначенная для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков. Примечание: если арматура предназначена только для распределения или только для смешивания, то такая арматура называется «распределительная арматура» или «смесительная арматура» соответственно;
• Регулирующая (нрк. дроссельная арматура; дроссельно-регулирующая арматура; исполнительное устройство) – арматура, предназначенная для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода или проходного сечения;
• Разделительная (фазоразделительная арматура) – арматура, предназначенная для разделения рабочих сред, находящихся в различных фазовых состояниях или с различной плотностью;
• Отключающая – арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды при превышении заданной величины скорости ее течения за счет изменения перепада давления на чувствительном элементе либо в случае изменения заданной величины давления; • комбинированная (многофункциональная) – арматура, совмещающая различные функции. Примеры комбинированной арматуры: запорно-обратная, запорно-регулирующая;
• Запорно-регулирующая (нрк. запорно-дроссельная арматура) – арматура, совмещающая функции запорной и регулирующей арматуры;
• Запорно-обратная – арматура, выполняющая функции запорной и обратной арматуры;
• Невозвратно-запорная – арматура, выполняющая функцию обратной арматуры, в которой может быть осуществлено принудительное закрытие или ограничение хода запирающего элемента;
• Невозвратно-управляемая – арматура, выполняющая функцию обратной арматуры, в которой может быть осуществлено принудительное закрытие, открытие или ограничение хода запирающего элемента.

Типы арматуры

Тип арматуры – классификационная единица, характеризующаяся направлением перемещения запирающего или регулирующего элемента относительно потока рабочей среды и определяющая основные конструктивные особенности арматуры. Примеры типов арматуры: задвижка, кран, клапан, затвор дисковый. Основные типы арматуры:

Термины:

• Задвижка - запирающий элемент перемещается перпендикулярно потоку и используется для полного перекрытия потока.
• Клапан - запирающий элемент перемещается параллельно потоку. Применяется для регулирования и перекрытия потока.
• Кран - запирающий элемент вращается вокруг своей оси. Подходит для быстрого перекрытия потока.
• Дисковый затвор - запирающий элемент выполнен в виде диска, который поворачивается вокруг оси. Используется для регулирования и перекрытия потока.

Из воспоминаний Олега Николаевича Шпакова

• Запорожский моторный завод быстро согласовал с нами переход на принятую в авиастроении систему чертежного хозяйства и без проблем освоил производство. Ездить туда в командировку было не сложно, так как работники завода к нам, разработчикам, относились как к своим главным конструкторам.
• Днепропетровский же завод копался в мелочах, постоянно жаловался начальству, там мне, уже начальнику отдела приводов, приходилось бывать чаще. Однажды заводчане подняли вопрос, что привод не развивает нужный крутящий момент. По этому поводу на завод в командировку направили директора ЦКБА А. З. Качкачева. С ним отправился и я. Пришли на стенд, включили привод, я обратил внимание, что в конце хода скорость двигателя падает, следовательно, не обеспечивается нужное напряжение. Электропитание было подведено к стенду через тонкие осветительные провода, поэтому именно на них возникали потери. Я потребовал подключить электропривод к специальным кабелям нужного сечения. После опробования оказалось, что привод обеспечивает нужный крутящий момент с большим запасом. Вопрос был быстро снят к великому удовольствию моего директора.
• В дальнейшем пришлось создать специальную бригаду из конструкторов недавно организованного украинского филиала ЦКБА под руководством моего коллеги и друга Тиграна Ованесовича Тер-Матеосянца. Эта бригада в течение месяца переиздала чертежи под систему, принятую в авиационной промышленности.
• За выполнение правительственных заданий награждаются многие участники. Директор ЦКБА получил орден Ленина, меня наградили орденом Трудового Красного Знамени, секретарю партбюро достался орден Знак почета, рядовым исполнителям несколько медалей.

Исторический опыт создания гермоклапанов и кулисно-винтовых приводов демонстрирует, как инновационные решения могут повысить надежность и эффективность арматуры в сложных условиях эксплуатации.

Заключение

• Трубопроводная арматура — это важный элемент промышленных систем, обеспечивающий управление потоками рабочих сред. Понимание видов и типов арматуры позволяет выбирать оптимальные решения для конкретных задач.