В кинофильмах художественных и документальных часто можно видеть кадры старинных пароходов с огромной трубой и выходящим рядом из судового гудка следом пара и характерным звуком судового сигнала. С таким судовым гудком я встретился на пароходе 1941 года постройки после окончания высшего мореходного училища, будучи молодым помощником капитана. При входе в порт и маневрировании я подавал необходимые сигналы, по команде капитана натягивая трос, идущий из ходовой рубки до гудка. Звук всегда был низким, солидным, который хорошо слышали вокруг и, как мне казалось, уважали. Однажды после очередной команды капитана звука не получилось и пришлось с повышенной осторожностью с помощью буксира становиться к причалу. На стоянке механики быстро сняли гудок с трубы, принесли в мастерскую для выяснения причины, и я, естественно, был там, чтобы узнать, есть ли в этом моя вина. Все оказалось очень просто: лопнула пружина. Но совсем не просто было разобрать клапан на части для ее замены. Три составные части корпуса были соединены болтами с гайками, хорошо окрашенными и заржавевшими под краской. Пришлось применять ножовку, зубило и «морской ключ» — кувалду. Через пару часов заменили подпорченную коррозией пружину и поставили гудок на место. Я с удовольствием послушал его звук.
Потом я работал на современных судах с механическим двигателем и вспоминал о паровом гудке только при редких встречах с пароходами и просмотре фильмов. Почти через 40 лет, уже капитаном, я встретился со старым знакомым, почти близнецом по виду, на танкере, где предохранительные клапаны стоят на паровых котлах и вместо тросика от ручного привода сброса давления была контрольная проволока с пломбой. Я попросил механиков показать мне внутренности запасного клапана. Корпус, покрытый серебрином для работы с высокими температурами, также состоял из трех литых частей, соединенных болтами с гайками, внутри — пружина на штоке, и только запорное седло отличалось по форме от применявшегося в старом пароходном судовом гудке.
Невольно возник вопрос об исключительности конструкции предохранительных клапанов, используемых более века (возможно, со времен Дж. Уатта), или ограниченности мысли разработчиков и конструкторов по совершенствованию конструкции, потому что они не производят и тем более не эксплуатируют те клапаны, которые предлагают потребителям. Что могут заказать потребители, находясь в положении героя из «Жалобной книги» А. П. Чехова, где конкретно написано: «Лопай, что дают, не треснешь»?
На каждом судне есть предохранительные клапаны, в судовых системах на танкерах их в несколько раз больше, и, встречаясь с клапанами иностранного производства на разных судах, видно, что принципиальных отличий нет. Поэтому сегодня большинство разработчиков и производителей выпускают те же клапаны, прибавляя модное слово «импортозамещение», хотя на самом деле это чаще просто «импортоПОВТОРЕНИЕ». Разнообразие предохранительных клапанов поражает в деталях, но не в принципе. Можно объявить конкурс арматуростроителей с вручением приза в виде ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА: кто найдет наибольшее количество различий между двумя распространенными моделями Европы и России.
Изучая особенности конструкции и работы разных моделей и обсуждая с механиками специфику их работы, я придумал новую конструкцию предохранительного клапана с единым корпусом и возможностью проверки состояния пружины и установки давления срабатывания без снятия клапана с установочного места, на которую получен патент РФ №161870.
Это клапан предохранительный осевой, с внешней ручной настройкой и ручным открытием, который устанавливается на трубопроводе или резервуаре. Клапан состоит из корпуса, втулки с запорным седлом на входе, рабочего цилиндра со сменным запором с окнами для регулирования скорости прохода рабочей среды внутри цилиндра, то есть времени открытого состояния, и пружиной, прижимающей запор к запорному седлу, не позволяя рабочей среде проходить через клапан при давлении, меньше заданного в системе. На выходе клапана установлено опорное кольцо, к нему прижимаются втулка для установки предела срабатывания пружины с шестерней привода и втулка опоры пружины рабочего цилиндра, проходящего внутри втулок.
Техническим результатом базовой модели предохранительного клапана является простота конструкции и технологии производства, уменьшение материалоемкости изделия и внешних размеров, удобная установка предела срабатывания клапана для заданных параметров внешним ручным приводом, облегчение технического обслуживания и повышение надежности при эксплуатации при высоких эксплуатационных параметрах рабочей среды, снижение турбулентности потока и шума.
Корпус клапана представляет собой отрезок трубы с фланцами, с прочностью трубопровода или резервуара, куда устанавливается; внутри корпуса пружина прижимает полый рабочий цилиндр с хвостовиком для ручного привода и плечиками для упора пружины и крепления на резьбе съемного запора с окнами осевого прохода рабочей среды. Головка запора прижимается к сменному посадочному седлу. При износе в процессе эксплуатации посадочное седло и запор могут меняться во время технического обслуживания. Установка пределов срабатывания клапана (при изменении от времени эксплуатации жесткости пружины) производится внешним ручным приводом без разбора клапана на месте установки в любое время, для чего поворачивают шестерню привода втулки установки предела срабатывания, при повороте которой опускается втулка упора пружины. Изготовление всех деталей клапана возможно на имеющемся токарном, фрезерном и сверлильном оборудовании, а для корпуса можно использовать существующие трубы с прочностью, равной прочности основного трубопровода, не применяя дорогостоящее точное литье под давлением.
Клапан работает следующим образом: на рисунке 1 клапан закрыт действием пружины на рабочий цилиндр с запором, прижатым к посадочному седлу. При превышении давления в трубопроводе или резервуаре запор приподнимается, пружина сжимается, между головкой запора и посадочным седлом появляется круговое отверстие, в которое проходит рабочая среда, заполняет промежуточный объем и без резких изменений направления движения выходит в окна запора, огибая его головку. Поток дробится в окнах, уровень шума низкий.
Управлять клапаном для проверки работоспособности можно вручную, поворачивая шток (3) для поднятия за хвостовик рабочего цилиндра с запором.
Подвижные детали внутри корпуса клапана — поверхности рабочего цилиндра, втулки, внутренней поверхности корпуса — перемещаются с зазором, сальники штока ручного привода и привода шестерни ручной настройки предотвращают утечку наружу. Базовая конструкция клапана сохраняется, а материал пружины, размеры головки запора и посадочного седла, уплотнения подбирают в зависимости от давления, температуры, химических и физических свойств рабочих сред, а при значительном износе меняют только запор и посадочное седло клапана, выкручивая и вставляя другие.
Сборка клапана проводится в следующем порядке: со стороны входа вкручивают с герметизацией втулку с посадочным седлом (11), сверху на него помещают запорный элемент с окнами прохода рабочей среды (9), затем вставляют рабочий цилиндр (8) с пружиной (7) и на цилиндр надевают соединенные между собой резьбой втулки упора пружины (6) и установки предела срабатывания клапана (5).
В конце закручивают опорное кольцо (2) до совпадения отверстий в кольце и корпусе клапана для установки рычага ручного подрыва (3) и вала (13) поворота шестерни (12) для установки силы сжатия пружины. Или можно просверлить эти отверстия после установки втулок на первоначальную силу сжатия пружины. Завершается сборка вставкой шестерни с валом (13) и вала поворота с пальцем (4) ручного подъема запора.
После завершения сборки динамометром определяется сила упругости пружины для установки предела срабатывания клапана, для чего поворачивают шестерню (12), втулка (5) вращается, и втулка (6) упора пружины опускается вниз, увеличивая силу прижатия запора к посадочному седлу. Поднимая за хвостовик рабочий цилиндр, динамометр покажет предел срабатывания клапана. После этого клапан устанавливают на рабочее место и по фактическому давлению в трубопроводе или резервуаре подстраивают предел срабатывания.
На рисунке 1 клапан изображен схематически; при производстве необходимо, чтобы детали, находящиеся в потоке жидкости, были максимально обтекаемыми, без выступов, чтобы предотвратить турбулентность
при открываниях клапана.
Выходной конец клапана может иметь резьбовое соединение, что позволит выпускающий трубопровод легко направить в любую сторону и просто открутить для проверки состояния вращающихся деталей и технического обслуживания всего клапана.
Хотелось бы услышать предложения и особенно критические замечания понимающих, пытливых конструкторов, о том каков самый лучший способ делать простое в изготовлении, удобное в эксплуатации и нужное оборудование. А потребитель выберет лучшее.
Рис. 1. Клапан предохранительный осевой с внешней ручной настройкой срабатывания и ручным открытием
1 — корпус; 2 — опорное кольцо; 3 — шток ручного привода;
4 — палец ручного привода; 5 — втулка для установки срабатывания пружины;
6 — втулка упора пружины с резьбой; 7 — пружина; 8 — рабочий цилиндр;
9 — съемный запорный элемент с окнами прохода рабочей среды;
10 — окна рабочего элемента; 11 — запорное седло сменное;
12 — шестерня привода втулки установки; 13 — привод поворота шестерни.
