Судоходство и мореплавание – один из древнейших способов транспортной коммуникации, подсказанный человечеству самой природой и давший ему самый сильный стимул к развитию и расширению влияния на планету. Судостроение является самым компромиссным видом транспорта, который на максимуме в пользу человека использует разность плотностей двух природных сред: газообразной (атмосфера) и жидкой (Мировой океан и пресноводные природные артерии и озера). Именно судоходство стоит в основе развития коммерческих грузоперевозок, а использование судов для военных целей расширило влияние более развитых цивилизаций на новые территории и удаленные континенты.
Параллельно с развитием судостроения совершенствовалось и техническое оснащение судов. Перемещаясь на границе разделения сред, суда также использовали различные способы для сохранения живучести плавсредства, управления механизмами, двигательными установками, системами сохранности груза и повышения комфорта экипажа. А это в том числе трубопроводы.
Недавно предприятие «Армалит» озвучило цифру общей длины трубопроводов на современнейшей атомной подводной лодке типа «Борей» (рис. 1) – 109 километров.
Стоит заметить, что практически каждый метр таких трубопроводов наполнен трубопроводной арматурой в специальном судовом исполнении. Эта арматура предназначена для контроля, управления и изменения направлений и количества проводимой трубопроводами среды как для рабочих механизмов судна, так и для двигательных и энергетических систем, для обеспечения грузовых и специальных функций в зависимости от предназначения судна, для обеспечения безопасности и борьбы за плавучесть.
Трубопроводная арматура как изделие для регулирования потоков рабочей среды, замкнутой контурами трубопроводной системы, насчитывает историю своего развития СРОКОМ более двух тысячелетий, начиная с гидротехнических сооружений египетской цивилизации и до настоящего времени, и сейчас охватывает практически все области человеческого технического и технологического задела инженерного искусства. Везде – от простейшего бытового применения, в ЖКХ, в энергетике, нефтегазодобыче, промышленном производстве, транспорте, авиации и космосе – есть системы трубопроводной передачи различных рабочих или продуктовых сред, которые регулируются, контролируются и управляются изделиями трубопроводной арматуры.
Даже по происхождению названия от латинского armatura – «вооружение, снаряжение, устройства, деталь или конструктив, не входящий в состав основного оборудования, но нужный для его работы», стоит понимать, что арматура – это очень непростой элемент больших систем и требующий немалой ответственности. И, пожалуй, после космоса судостроение является сейчас самым совершенным и самым оснащенным в плане инженерной мысли продуктом цивилизации.
По сути судостроение – это вершина современного инженерного искусства. Различные по водоизмещению суда или корабли для долговременных глобальных транспортных перевозок или специальных миссий, включая военные и исследовательские, быстроходные пассажирские суда для пресноводных перевозок или совмещенных типа река – море, буквально перенасыщены различными системами обеспечения выполнения ими своих функций. Требования работы в самых агрессивных окружающих средах, таких как морская вода, низкие температуры, повышенная влажность и скорости перемещения воздушных масс над водными просторами, противостояние запредельным давлениям, динамическим ударам, непрерывной тряске и резонансным явлениям окружающих и рабочих сред, вынуждают проектировать и производить все более совершенную арматуру для систем судостроения.
В российском судостроении, несмотря на пока еще высокую долю импортных комплектующих, есть более десятка предприятий, которые проектируют и производят исключительно судовую арматуру. Это АО «Армалит», КБ «Армас», АО «ЦТСС», питерский «Центр технологии судостроения и судоремонта», АО ЦС «Звездочка» и другие. Многие именитые производители ТПА наряду с арматурой общего профиля также производят арматуру для использования в судостроении: машиностроительный завод ПАО «Аскольд», АО «Атомэнергомаш», АО «АЭМ-Технологии», ООО «Метмаш», ПКФ «Арма», группа компаний ООО «Алгол». И таких производителей по России более двухсот, может быть, не таких именитых и брендированных, но они есть. Собственно, благодаря такой тыловой производственной базе и происходит сейчас развитие судостроения в России. Введены в эксплуатацию новейшие атомные ледоколы «Арктика», «Таймыр», «Вайгач», «Сибирь» (рис. 2, 3).
На стапелях продолжают строительство следующих классов ледокольных судов типа ледокола проекта «Лидер», не имеющего аналогов в мире (рис. 4).
Но не только суда для круглогодичного прохождения Северного морского пути (СМП) сейчас строятся. Военно-морской флот России (рис. 5) активно пополняется самыми современными судами, в том числе атомными подводными лодками стратегического назначения различных классов и водоизмещения, чем по праву может гордиться отрасль. Многие из этих кораблей и судов действительно лучшие в мире.
А значит, и начинка у них тоже на уровне лучших зарубежных производителей. Трубопроводная арматура в числе этих достижений.
Судовая арматура – визитная карточка российской отрасли арматуростроения. Она ценится на мировом рынке, если он, конечно, останется после разрушительных действий наших «партнеров-оппонентов» по мировой торговле. У нас производится практически вся необходимая линейка судовой арматуры. С приводами и системами управления этими приводами пока есть проблемы пресловутого импортозамещения, но все движется в сторону того, что будут найдены необходимые технологические и логистические выходы для решения проблем приводов.
Вспомним азбуку: что из себя представляет судовая арматура. По принадлежности различают арматуру трубопроводную, машинную, котельную, энергетическую для судовых энергоустановок и т. д. Современное судно – это сложная система трубопроводов, которая призвана обеспечить поддержание на плаву судна и перевозимых им грузов или выполнение им специальных функций (военных, исследовательских и т. д.). Судовая арматура – важная часть этой системы (рис. 6).
Судовая арматура включает в себя следующие компоненты:
• краны и задвижки различных типоразмеров и разных сред;
• клапаны и блоки клапанов;
• конденсатоотводчики и разного назначения фитинги, фланцы;
• регулирующие устройства;
• кингстоны.
Естественно, вся эта линейка судовой арматуры должна быть изначально рассчитана для работы в сложных условиях агрессивной внешней и рабочей среды, иметь повышенную прочность к вибрационной нагрузке. К ее конструкции и материалам, из которых она изготавливается, предъявляют особые требования.
Части и комплектующие трубопроводной арматуры судов должны соответствовать следующим требованиям:
• прочность конструкции и повышенная надежность работы;
• устойчивость к коррозии;
• стойкость к химической деструкции;
• устойчивость и невосприимчивость к гидроударам, вибрации и резонансным явлениям рабочих сред.
Даже один из приборов трубопроводной арматуры при несоблюдении вышеуказанных требований может привести к сложным аварийным ситуациям на корабле.
По назначению судовая арматура может быть условно приведена к следующим видам:
• регулирующая для коррекции или поддержания функциональных параметров рабочей среды;
• запорная арматура управляет потоком рабочей среды;
• предохранительная выполняет функцию защиты системы трубопроводов и отдельных участков системы от протечек;
• контрольная осуществляет контроль и управление параметрами рабочих сред.
Наиболее востребована в судовой арматуре запорная арматура (рис. 7).
Как правило, она обеспечивает работу всей энергетической системы корабля, особенно при наличии атомной энергетической установки, со всем комплексом оборудования по очистке и охлаждению рабочих сред реактора и механизмов.
Запорная судовая арматура для энергетической установки судна выполняет минимум две задачи:
• перекрывает потоки рабочих сред в различных секциях трубопроводов;
• изменяет параметры рабочей среды. Судовая арматура также подразделяется по типу привода управления рабочим элементом.
Привод управления может быть:
• ручной;
• механический (электрический, пневматический, гидравлический, электромагнитный);
• ручной дистанционный;
• механический дистанционный.
Важен и принцип автоматики, управляющей арматурой, который в вариантах управления как непосредственно на объекте управления, так и дистанционно должен осуществляться не просто без вмешательства человека, а автоматически, по специальным алгоритмам, прописанным для этой системы корабля. Управляющие системы могут в зависимости от водоизмещения судна быть как общесудовыми, так и локальными, отвечающими за отдельные контуры или блоки общей системы.
По принципу управления это могут быть управляемые автоматически (рис. 8), т. е. автономно с помощью отдельных автоматических элементов судовой трубопроводной арматуры – это управляемая арматура, команды которой подаются на основе параметров рабочей среды. Как правило, эта аппаратура работает исключительно под давлением. Это следующие устройства:
• клапаны обратные;
• регуляторы давления;
• регуляторы уровня;
• клапаны предохранительные;
• конденсатоотводчики;
• клапаны перепускные.
Особые качества судовой трубопроводной арматуре придаются благодаря материалам, из которых изготавливаются корпусы, рабочие элементы и уплотнения. Не так давно почти вся судовая арматура производилась из различных марок углеродистой стали, бронзы, чугуна, латуни. Сейчас на смену этим материалам стали приходить новые (рис. 9), обладающие лучшими антикоррозийными свойствами, более легкие и износостойкие:
• нержавеющая сталь;
• титан;
• специальные сплавы с особыми характеристиками.
Применение этих новых материалов потребовало существенно усложнить технологические процессы изготовления, что отразилось на стоимости конечного изделия. Стоимость судовой арматуры стала в разы больше, чем это было совсем недавно – лет пять-шесть назад. Но это позволило увеличить срок межремонтной службы изделия также в несколько раз. Прогресс не стоит на месте. Судостроение развивается в новых направлениях.
Проектируются крупнотоннажные суда-газовозы для транспортировки СУГ как по поверхности, так и под водой – типа подводных танкеров. Большой объем судов заложен на всех судостроительных верфях России для промышленного рыболовства, спускаются на воду быстроходные речные пассажирские суда на подводных крыльях. Прошла ходовые морские испытания самоходная платформа ледового класса «Северный полюс» (рис. 10).
Таких судов пока нет ни у кого в мире! Нужно, чтобы подобных новостей становилось больше. И для таких проектов сейчас в работе будет требоваться много поставщиков различных комплектующих, в том числе и судовой арматуры различного назначения и профиля. Арматуростроители России смогут эти вызовы времени аккуратно отработать в штатном режиме. Опыта у отрасли достаточно!
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №4 (73)
