Несмотря на самые разные применения, арматура выполняет три основных функции.
Остановка потока – запорная арматура предназначена для работы в полностью открытом или полностью закрытом положении. В сложных условиях эксплуатации эта арматура часто снабжается пневматическим, гидравлическим или электрическим приводом.
Регулирующая арматура используется для управления и регулирования потока среды – это могут быть клапаны, дисковые затворы, конусные, цилиндрические или шаровые краны. Задвижки никогда не должны использоваться для регулирования процессов и допускаются для этого, только когда скорость потока является очень низкой или при сверхвысоких температурах и перепадах давления в энергетике. Высокая скорость потока в традиционных задвижках, применяемых для регулирования, может быстро повредить уплотнительные поверхности и привести к чрезмерным утечкам в полностью закрытом положении затвора. В этом исполнении уплотнение в затворе осуществляется применением неподвижного перфорированного диска с перекрытием отверстий подвижным регулирующим элементом. В зарубежном арматуростроении разделяются просто регулирующая арматура (Regulating valve), когда управление арматурой осуществляется вручную, и контрольная (Control valve) – в этом случае арматура управляется различными механическими приводами. Особенностью этой арматуры является то, что регулирующий элемент перемещается или остается неподвижным в промежуточных положениях между положениями «закрыто» и «открыто». Старейшая и наиболее популярная до сих пор регулирующая арматура спроектирована в виде односедельных и двухседельных клапанов. Регулирующая арматура необходима в каждой технологической установке или объекте, где параметры среды должны быть контролируемыми. Для эффективного регулирования потока его скорость должна быть пропорциональна степени закрытия прохода. Однако некоторые управляющие приложения требуют расхода не пропорционально проценту закрытия, такие, например, как быстрое открытие. Наиболее точное управление потоком осуществляется регулирующей арматурой, которая управляются приводом, а не в ручном режиме.
Обратная, или невозвратная, арматура допускает проход среды только в одном и блокирует поток от движения в противоположном направлении. Обратная арматура маркируется стрелками на наружной поверхности корпуса, чтобы убедиться, что она установлена в правильном положении. Многие агрегаты технологического оборудования, в том числе насосы, турбины и котлы, защищены обратной арматурой. Если она не имеет мягкого уплотнения из эластомеров, то допускает неполную герметичность. Обратная арматура охватывает весь диапазон от того, чтобы поместиться в ладони, до размера крупной арматуры для гидроузлов, через которую можно пройти. Обратная арматура используются в тандеме с запорной во многих ситуациях, потому что арматура с уплотнениями «металл по металлу», как правило, имеет высокую допустимую интенсивность утечек.
Арматура, обеспечивающая выполнение самых разнообразных задач на основе осуществления главных функций, подразделяется на виды.
ГОСТ 24856-2014 содержит следующие термины и определения:
Вид арматуры – классификационная единица, характеризующая функциональное назначение арматуры. Примеры видов арматуры: запорная арматура, регулирующая арматура, предохранительная арматура, обратная арматура, разделительная арматура и др.
Основные виды арматуры по ГОСТ:
• 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.
В принципе комбинированная арматура может выполнять и другие совмещенные действия, не включенные в раздел «Комбинированная арматура» по ГОСТ.
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.
Стандарт Европейского союза EN 736-1. Valves terminology. Part 1. Definition of types of valves (Терминология арматуры. Часть 1. Определение типов арматуры) содержит таблицу, помогающую читателям лучше понять суть этого термина.
ГОСТ 24856 содержит также термин «разновидности», не приводя определение этого термина, встречающегося в различных разделах документа. Так, в ГОСТ к термину «арматура» включены следующие разновидности, которые имеют некоторые общие черты с видами и типами арматуры. Разновидности арматуры по назначению и области применения, разновидности арматуры по присоединению к трубопроводу, разновидности арматуры по конструкции и формообразованию корпуса, разновидности арматуры по типу уплотнений и т. п.
Из воспоминаний
Изготовление трубопроводной арматуры не всегда под силу непрофильным предприятиям.
В 60-е годы между Советским Союзом и ведущими капиталистическими странами проводилась жестокая война, получившая название холодной войны. Страны угрожали друг другу ядерным оружием. Опыт Великой Отечественной войны, когда пункты руководства обороной и функционирования всеми отраслями народного хозяйства страны располагались на станциях столичного метрополитена, не годился. Руководство СССР приняло действенные меры по созданию надежных убежищ, способных противостоять взрывам атомных бомб в первую очередь для защищенных пунктов управления жизнью и обороной страны. Такая задача была поставлена перед строительными, транспортными, машиностроительными организациями, органами управления народным хозяйством страны. Перед арматуростроителями стояла задача создать надежную запорную и регулирующую арматуру для систем вентиляции защитных сооружений с надежными электроприводами.
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
Возникла проблема создания специального электропривода. Существующие гермоклапаны комплектовались громоздкими электроприводами, состоящими из неполноповоротного червячного редуктора, на который устанавливался взрывозащищенный электропривод с двусторонним ограничителем крутящего момента, содержащий два червячных редуктора и большую маслонаполненную коробку путевых выключателей. По габаритам и массе электроприводы, в особенности для гермоклапанов малых диаметров, были сравнимы с гермоклапанами и крайне неудобны в обслуживании. На тульском заводе «Электропривод» параллельно с отделом главного конструктора действовало Специальное конструкторское бюро, возглавляемое способным специалистом Виктором Ивановичем Стекачевым. Госкомитет химического и нефтяного машиностроения имел в то время возможность финансировать новые направления в арматуростроении, так как на него не были возложены обязанности по выполнению объемов производства, которыми занимались Советы народного хозяйства (Совнархозы). Тульский завод «Электропривод» и Мышегский арматурный завод относились к Приокскому Совнархозу.
В. И. Стекачев, не имея жесткого производственного плана, разрабатывал многочисленные новые модели приводов, используя для изготовления макетов оборудование инструментального цеха. В особенности помогал ему оператор координатно-расточного станка В. Никитин. На этом станке можно было выполнять почти все операции механической обработки. Виктор Иванович не признавал такого понятия, как «запас прочности», он допускал в расчетах нагрузки, близкие к пределу текучести материалов, поэтому все конструкции казались миниатюрными. Избалованный возможностями координатно-расточного станка, он обычно назначал очень короткие сроки освоения новых изделий, что, конечно, не могло быть выполнено в подготовке серийного производства.
Виктор Иванович Стекачев со своим напарником Владимиром Никитиным создали модель электропривода для гермоклапанов кулисно-винтового типа. Привод содержал не более 20 оригинальных деталей и помещался в небольшом чемоданчике. Добившись приема у начальника Главного инженерного управления ракетных войск министерства обороны, он привез модель привода на Фрунзенскую набережную, захватив с собой отвертку и разводной ключ. Вынув привод из чемодана, Виктор Иванович в течение пяти минут разобрал и собрал его. Военные были шокированы простотой и удобством обслуживания нового привода. Стали носить его по кабинетам других управлений, вызывая в каждом восторг у руководителей, которые тут же решили выделить средства и форсировать создание нового поколения гермоклапанов с кулисно-винтовыми электроприводами.
По постановлению ВСНХ 1958 года ни одна новая разработка арматуры и приводов не могла быть поставлена на производство без согласования ЦКБА, а поскольку ЦКБА участвовало в разработке привода совместно с ОГК завода, нужно было убедить специалистов одобрить привод В. И. Стекачева.
Руководство ракетных войск направило представителей в ЦКБА, пригласив туда специалистов Тульского «Электропривода» и Мышегского арматурного завода. Выполнив расчет электропривода, отдел прочности ЦКБА заявил, что в представленном виде привод Стекачева не может быть рекомендован для постановки на производство, так как прочность деталей не соответствует нормативам. Военные представители были огорчены и всячески уговаривали руководство ЦКБА сделать все, чтобы довести до ума кулисно-винтовой привод. Посоветовавшись со специалистами, мы решили доработать привод, усилив конструкцию, установив новую коробку путевых выключателей и, что самое главное, введя направляющую планку для гайки кулисы, что позволило существенно увеличить крутящий момент за счет перераспределения усилий в цепочке винт – гайка – направляющая планка и кулиса.
Кулисно-винтовой электропривод
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.
В 1963 году была организована Межведомственная комиссия под руководством Главного инженерного управления ракетных войск на базе Мышегского арматурного завода. Председателем комиссии назначили майора Аркадия Петровича Араловца. От ЦКБА в межведомственную комиссию были включены молодой специалист по гермоклапанам Аркадий Вениаминович Воловик, а по электроприводам – я. От Московского ЦКБА в комиссию включили Федора Пантелеевича Хуповку и Германа Яруллаевича Сульмана. От Мышегского завода участвовали Борис Воронцов, от Тульского электропривода – главный конструктор Д. Г. Ким и начальник спецбюро В. И. Стекачев. От военного института, проектировавшего системы вентиляции, вошли подполковник Сысоев и вольнонаемный Шахматов, а также представитель заказчика в ЦКБА Владимир Закоморный.
В июле 1963 года мы с А. В. Воловиком отправились в Алексин для участия в комиссии и поселились на бывшем постоялом дворе, в двухэтажном деревянном доме без водопровода. Там уже проживал Ф. П. Хуповка. Постоялый двор располагался на высоком берегу Оки, откуда открывался красивый пейзаж с сосновыми борами. Стационарного моста через Оку еще не было, на лето возводился шаткий понтонный мост, по которому неторопливо передвигались машины и подводы.
В то время в продовольственных магазинах Алексина можно было купить только грузинский чай, печенье и конфеты-подушечки, что нас устраивало по финансовым соображениям (инженеры в то время зарабатывали мало, а суточные командировочные составляли по два рубля шестьдесят копеек), так что утром мы пили чай из самовара и отправлялись на завод, перейдя по понтонному мосту и дальше – через сосновый бор и гору Жалка. По дороге снимали белые боровые грибы и вешали их для белок на сучки деревьев. На заводе мы и обедали, что поддерживало наши молодые организмы. Так мы провели несколько дней, ожидая приезда комиссии, затем отправились на почту и дали телеграмму директору ЦКБА А. З. Качкачеву о том, что представители ЦКБА две недели ожидают прибытия комиссии и ее отсутствие задерживает постановку на производство гермоклапанов, на ускорении чего настаивали заказчики.
Через два дня прибыла комиссия. Председатель комиссии молодой майор А. П. Араловец со звучным, как у Левитана, голосом собрал комиссию в каком-то домике за территорией завода и организовал рассмотрение документации. В то время ни ГОСТов, ни отраслевых документов по постановке на производство военной продукции не было. Решили руководствоваться ТУ Главного артиллерийского управления.
Комиссия приняла решение поставить на производство кулисно-винтовой привод. В конце недели председатель комиссии доложил в Москву: «Работа комиссии завершена».
Начальник отдела Главного инженерного управления ракетных войск полковник Боголюбов заявил, что завтра же приедет разбираться, так как такое дело не может быть закончено в столь короткие сроки. На следующий день он приехал на «москвиче» в Алексин, забраковал акт, указав, правда, как нужно расположить готовый материал. Вся комиссия вооружилась ножницами и клеем и привела акт в соответствие с требованиями заказчиков. Акт перепечатали и поздно вечером подписали.
В 1965 году началось освоение новой продукции. Заказчики подключили к ее изготовлению предприятия министерств оборонной и авиационной промышленности. Гермоклапаны поручили изготавливать Луганскому заводу фрезерных станков (условное название), а электроприводы – Днепропетровскому агрегатному заводу, изготавливающему насосы и элементы топливной, воздушной и масляной систем самолетов и Запорожскому авиамоторному заводу (ныне «Мотор-Сич»).
Аркадий Воловик практически жил месяцами в Луганске, где долго не могли наладить производство арматуры. Экономическое положение завода ухудшилось, и его работники стали говорить: «На заводе завелся какой-то гермоклапан».
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.
