Завод «ЧелябинскСпецГражданСтрой» входит в группу компаний LD и производит трубопроводную арматуру для тепловых сетей. В 2016 году предприятие запустило в производство новое изделие по программе импортозамещения – дисковый поворотный затвор. Это один из популярных видов трубопроводной арматуры, в котором запирающий элемент, имеющий форму диска, поворачивается вокруг своей оси перпендикулярно или под определенным углом по отношению к потоку рабочей среды. Затвор применяется в отоплении, водоснабжении, нефтехимической промышленности. Изделие работает с агрессивными и абразивными средами в широком разбеге температурных режимов и уровней давления.
Цикл разработки нового изделия на предприятии включает следующие этапы, представленные на рисунке 1.
Рассмотрим все этапы проектирования нового изделия более подробно.
На начальном этапе были изучены различные конструкции затворов (с центральной осью, с двойным и тройным эксцентриситетом) отечественного и зарубежного производства, а также нормативная документация, которая регламентирует требования к этому типу арматуры. Было принято решение проектировать затворы именно с тройным эксцентриситетом и уплотнением «металл/металл».
Поворотные затворы с тройным эксцентриситетом обладают эллиптической конструкцией уплотнения, а контур уплотнения является частью поверхности конуса, чья ось наклонена относительно оси, перпендикулярной диску и проходящей через ее центр (рис. 2, 3).
Первым в разработку был запланирован дисковый затвор Ду 500. На основе требований нормативной документации были определены габаритные характеристики конечного продукта: наружный диаметр корпуса затвора и строительная длина. Затем были рассчитаны минимальные толщина стенки и диска и диаметр шпинделя, а также количество и толщина колец уплотнения.
Все проектирование затвора проводилось в системе КОМПАС-3D. Проектный эскиз строился в двухмерном режиме. На этом этапе, исходя из имеющихся данных, была прорисована упрощенная схема затвора и определены необходимые эксцентриситеты (рис. 4).
Особенность дисковых затворов с тройным эксцентриситетом состоит в том, что при закрытии диск должен соприкасаться с седлом в последний момент и сразу всей уплотнительной поверхностью. Это можно проверить, создав макроэлемент и повернув его вокруг предполагаемой оси на малые углы (рис. 5).
Убедившись, что элементы не пересекаются, можно переходить к следующему этапу.
При проектировании изделий была использована смешанная методика. Сначала «разбили» изделие на основные элементы по методике нисходящего проектирования. Для этого в контексте основной сборки создавали подсборки основных составных частей (корпус, диск). Далее каждая из них прорабатывалась отдельно. Полученная общая сборка (рис. 6) дополнялась остальными элементами по методике восходящего проектирования, т. к. большая часть из них была заимствована из готовых баз данных или они были покупными изделиями, модели которых запрашивались у поставщиков, затем импортировали их в КОМПАС-3D и вставляли в состав сборки. Таким образом, получилось спроектировать новый продукт, используя уже готовые решения и расходуя меньше времени.
Для разработки оснастки требовалось знать присоединительные размеры станка и иметь модель готовой детали. Остальную часть конструкции смогли быстро получить по методике проектирования «сверху вниз».
Следующий этап – подготовка рабочих чертежей и спецификаций. Автоматически были получены двухмерные чертежи и деталировки из трехмерной модели, а спецификацию создали на основе 3D-сборки. Это очень удобно, поскольку в таком случае сохраняется связь чертежа и модели и, следовательно, требуется меньше времени на корректировки. Еще одно удобство КОМПАС-3D заключается в соответствии системы российским ГОСТам и в наличии множества шаблонов типовых значений и текста технических требований.
После выполнения всей конструкторской документации приступили к изготовлению опытного образца. Когда все детали и узлы были готовы, запустили опытную сборку.
Сборка прошла в штатном режиме. При проверке работоспособности затвора для начала решили посмотреть, как будет открываться и закрываться затвор. Открыли – все в порядке. При закрытии столкнулись с проблемой. Оказалось, что при закрытии уплотнение зацепляется за кромку седла в области горловины и нижней опоры. В результате повреждается уплотнительная поверхность диска и теряется герметичность затвора.
Чтобы решить эту задачу, были проверены пересечения в трехмерной модели затвора, в результате обнаружились места пересечений компонентов сборки (рис. 7). Для этого была создана упрощенная модель, состоящая только из корпуса и диска. Проверку проводили при различных углах открытия диска. Такая «виртуальная» проверка осуществлялась с помощью инструмента «Проверка пересечений», который присутствует в КОМПАС-3D.
В результате выяснилось, что при углах открытия менее 10° модели диска и корпуса действительно пересекаются в местах, которые соответствуют реальным замятиям.
Использование параметрического проектирования с повторной проверкой пересечений позволило быстро переработать конструкцию затвора так, чтобы при отпирании и запирании затвор не задевал диском корпус (рис. 8). При такой конструкции соприкосновение в зоне уплотнения происходит в последний момент без дополнительного трения.
После переработки моделей деталей и правки чертежей был изготовлен и собран второй опытный образец. При работе нового затвора замятия уплотнения уже не наблюдалось, и его передали на квалификационные испытания, которые подтвердили требуемые характеристики изделия. Исключив проблему истирания уплотнения, удалось увеличить ресурс затвора.
Таким образом, в рамках программы по импортозамещению специалисты компании LD смогли наладить производство новой линейки продукции в короткие сроки (рис. 9-11). Это стало возможным в том числе и благодаря использованию 3D-моделирования в современных отечественных программных продуктах для инженерного проектирования. Сегодня завод «ЧелябинскСпецГражданСтрой» производит из отечественного сырья дисковые затворы в новом усиленном конструктиве от DN 200 до DN 1200.
