Несмотря на универсальность и надежность задвижки, у нее появился и бурно развивался конкурент – дисковый поворотный затвор.
Первые поворотные дисковые затворы применялись в качестве обратной арматуры еще древнегреческими изобретателями насосов. Впервые Джеймс Уатт использовал дисковый поворотный затвор в своём паровом двигателе.
В первом автомобиле Мерседес, собранном в 1901 году, дисковый поворотный затвор, названный «дроссельная заслонка» с приводом от педали акселератора, был применён в топливной системе. Началось промышленное производство дроссельных заслонок для автомобильных моторов.
В первых дисковых поворотных затворах уплотнение осуществлялось «металл по металлу», но благодаря появлению современных марок резин из синтетического каучука их применение во многих отраслях промышленности существенно расширилось. В дисковых затворах небольших размеров с дисками, расположенными соосно с приводными валами, применялись эластомерные вкладыши. Стремительное развитие химии привело к появлению самых разнообразных эластичных материалов, и появилась возможность использовать в технологических линиях химического производства гуммированную арматуру с очень узким, полностью гуммированным корпусом.
В последующие годы дисковые поворотные затворы стали использоваться на более высокие давления и температуры. Эти конструкции известны как дисковые поворотные затворы для тяжёлых условий работы. Конструктивно они выполнены с эксцентричным расположением диска относительно вала или цапф. На первых этапах изготовления таких дисковых затворов они были с двумя эксцентриситетами.
Позже появились затворы с тремя эксцентриситетами. В каталогах некоторых изготовителей упоминаются затворы с четырьмя эксцентриситетами, хотя такое определение не совсем корректно – четвертый эксцентриситет отсутствует. И как раз в это время промышленность пыталась найти альтернативу задвижкам – арматуру более дешевую, быстрого срабатывания, с более высокой герметичностью. Тогда стали появляться специализированные производители поворотных дисковых затворов.
Строительство водоводов из труб с большими диаметрами для перекачки воды в гидросооружениях и охлаждения мощных агрегатов вызвало организацию производства дисковых затворов, выгодно отличавшихся от задвижек массогабаритными характеристиками.
В 1871 году патентным ведомством США Джону Варрену был выдан патент на шаровой кран, изобретение называлось Stop Cock (запорный кран). Патентом предусматривалось уплотнение в затворе «металл по металлу», однако обеспечить приемлемую герметичность как в то время, так и сегодня, с таким уплотнением было невозможно. После изготовления нескольких партий производители отказались от организации серийного производства этих кранов.
Важное изобретение, оказавшее сильное влияние на развитие арматуростроения, было создано по счастливой случайности. В 1938 г. химики компании Kinetic Chemicals Inc. – совместного предприятия фирм DuPont и General Motors, в погоне за созданием новых хладагентов получили твердое воскообразное вещество. Новый материал был чрезвычайно скользким и гладким, к нему ничего не прилипало. Этим неумышленно созданным материалом оказался тефлон – материал, открытие которого позволило создать конструкцию шарового крана с плавающей пробкой. Фирма DuPont получила на тефлон патент в 1946 г., и в течение 25 лет производство шаровых кранов стало быстро расти.
Краны с шаровыми пробками – в то время относительно новый вид арматуры – впервые были применены на топливных системах самолётов в период Второй мировой войны. На сотни кораблей ВМС США, строившихся для восстановления флота, уничтоженного Японией в Пёрл-Харборе, устанавливалось большое количество арматуры, в том числе кранов. Шаровые краны получили развитие в послевоенные годы. В течение последних 50 лет появилось много изготовителей и разнообразных конструкций кранов.
Новые улучшенные проекты способствовали большому разнообразию и расширению применения шаровых кранов фактически во всех нишах рынка арматуры. Параметры их применения постоянно растут. Осваиваются конструкции кранов с уплотнениями, позволяющими выдерживать высокие и криогенные температуры. В ряде случаев дисковые затворы заменяются такими шаровыми кранами. 50–60-е годы двадцатого века стали символом очередного исторического этапа – периода приоритета производства шаровых кранов.
Конусные краны со смазкой получили широкое развитие в период Первой мировой войны благодаря усилиям Свена Нордстрома, шведского инженера, который стремился исключить чрезмерные протечки и залипание в обычных конусных кранах. Он предложил подавать уплотнительную смазку в затвор крана через канавки на пробке крана.
Мембранные (диафрагмовые) клапаны были впервые созданы в Южной Африке инженером Саундерсом, который, работая на золотых рудниках, столкнулся с чрезмерной утечкой сжатого воздуха в сальниках клапанов. В 1929 году он предложил использовать мембрану для того, чтобы защитить исполнительный механизм и обеспечить герметичность в запирающем элементе, что обусловило для этих клапанов широкое применение и развитие.
С развитием промышленного производства арматура специализируется по выполняемым ею функциям. Эти применения называются видами арматуры (запорная, обратная, предохранительная, регулирующая и др.). В отечественных и зарубежных стандартах основные функции арматуры имеют свои термины и определения. Количество видов и разновидностей арматуры постоянно растет. Европейским комитетом по арматуре разработана классификация арматуры по ее применению.
Продолжение следует...
От редакции
1. Стоит отметить, что на сегодняшний день доля закупок шаровых кранов по тендерным торгам в России составляет более половины потребности нефтегазовых компаний, а также компаний теплового сектора. Судя по опросам (в которых участвовало более 300 человек, а это 100 % опрошенных), проведенным на портале Armtorg.ru, на вопрос «Какой тип трубопроводной арматуры вы чаще используете и/или применяете?» были получены следующие ответы:
2. Также нашими экспертами был проведен опрос-голосование на тему: «Что лучше – стальной шаровый кран или стальной затвор с мягким уплотнением?» В итоге было опрошено более 300 специалистов, посещающих крупнейшую площадку по трубопроводной арматуре в Интернете. Результаты опроса представлены ниже:
3. Из комментариев следует отметить, что наиболее часто встречающиеся типы шаровых кранов базируются именно на мягких, так называемых фторопластовых или тефлоновых уплотнениях. Именно эти типы уплотнений находят широкое применение на рынках теплоснабжения и водоснабжения. А тот факт, что львиная доля заводов выпускает шаровые краны с давлениями до 40 кгс (4,0 МПа), говорит о том, что процент трубопроводной арматуры с мягким уплотнением в виде шаровых кранов и дисковых затворов явно превышает долю уплотнений металл по металлу. Однако, чтобы быть справедливыми в цифровых показателях, мы провели опрос на тему металлических уплотнений в аналогичных конструкциях. На крупнейшем портале трубопроводной арматуры было проведено очередное голосование: «Что лучше: стальной шаровый кран или стальной затвор с уплотнениями металл по металлу?» В опросе участвовала огромная аудитория в количестве более чем 200 человек. В результате были получены следующие данные:
Интересен тот факт, что несмотря на большую стоимость в исполнении металл по металлу, шаровый кран уверенно занял лидирующие позиции в выборе специалистов, в который раз демонстрируя интерес рынка к конструкции металл по металлу. Все это наводит на мысль, что в будущих номерах редакция журнала будет более подробно освещать конструктивы и виды выпускаемой шаровой арматуры. Ведь нескрываемый интерес арматуростроителей и потребителей трубопроводной арматуры именно к шаровым кранам выводит последние на лидирующие позиции. Хотя, по сути, как ранее было сказано О. Н. Шпаковым, шаровый кран в известном нам конструктиве – это сравнительно молодой тип трубопроводной арматуры, обязанный своей распространенностью такому материалу, как тефлон. Ведь именно благодаря появлению тефлона шаровый кран смог стать серийным и по-настоящему доступным продуктом отрасли.
В настоящее время шаровые краны используются во всех видах трубопроводов, по сути являясь вершиной эволюции трубопроводной арматуры, т. к. более простого и герметичного соединения до сих пор человечество придумать не смогло.
Отметим, что шаровые краны могут широко применяться не только в таких распространенных средах и условиях, как теплоснабжение, водоотведение, фармацевтика, транспортировка и переработка нефти и газа, химических соединений, но и там, где даже редакция не ожидала встретить использование известной конструкции шаровых кранов – шаровой пробки и уплотнительных седел. Посетив одно из крупнейших ПХГ в Европе в сентябре 2018 года, мы открыли для себя и продемонстрируем читателям журнала применение шаровых кранов в таких специфических направлениях, как добыча, хранение и обустройство нефтегазовых месторождений.
Ведь, посудите сами, подземное газовое хранилище (ПХГ) – это сосуд, в котором заключены углеводороды под давлением, достигающем 300 атмосфер и более. А среды – соляные растворы, в которых работает фонтанный куст, оборудованный шаровыми кранами металл по металлу, имеют концентрацию соли до 33 %, что, по сути, является одной из самых агрессивных сред для работы любого запорного органа. Добавляем к этому герметичность затвора класса, и получаем так называемый вид суперарматуры, которая изготовлена конструктивно в шаровом кране. Откровенно говоря, эти и многие другие возможности шаровых кранов мы узнали из поездки на ПХГ компании UNIPER. Более подробно об этой поездке, открытиях конструктивов и работе шаровых кранов на ПХГ немецкой компании UNIPER вы сможете прочитать в следующем номере Вестника.
В заключение хочется подвести итог, что миф о дальнейшем вытеснении шарового крана более совершенными и недорогими видами трубопроводной арматуры (такими как дисковый затвор, недорогие конструкции захлопок с резиновым уплотнением и пр.) – всего лишь преувеличенная догадка и басня. Отметим, что на сегодняшний день те заводы, которые ведут активную производственную деятельность в выпуске шаровых кранов, показывают наилучшие результаты по следующим параметрам:
- экспортоориентированность;
- технологичность предприятия;
- рост производственных линий;
- ввод новых изделий;
- импортозамещаемость на российском рынке.
По этим критериям наша редакция и впредь будет оценивать предприятия, попадающие в рейтинг изготовителей трубопроводной арматуры. Оценить рейтинг и его участников вы сможете на портале Armtorg.ru в разделе «Рейтинги и отзывы о заводах трубопроводной арматуры».
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 6 (48) 2018
