О. Н. Шпаков, кандидат технических наук. Из истории мембранных клапанов

Олег Николаевич Шпаков, кандидат технических наук, поделился историей поездки в Солигорск для выяснения причины потери герметичности мембранных клапанов. Статья опубликована в шестом выпуске журнала «Вестник арматуростроителя».

По ГОСТ 24856-2014 «Термины и определения»: Мембранная арматура (нрк. диафрагмовая арматура) – арматура, у которой в качестве чувствительного или запирающего элемента применена мембрана, которая может выполнять функции уплотнения корпусных деталей, подвижных элементов относительно окружающей среды, а также уплотнения в затворе. Это определение появилось при разработке национального ГОСТ Р 52720-2007 на термины и определения.

В европейском стандарте мембранную арматуру не относили ни к задвижкам, ни к клапанам, а выделили в отдельный тип арматуры, поскольку к нему нельзя было применить основной признак, связывавший направление рабочей среды и движения запирающего (регулирующего) элемента, пересекающего поток или перемещающегося параллельно ему.

За рубежом мембранная арматура была известна давно. В 1929 году инженер Саундерс, работавший на золотых рудниках в ЮАР, столкнулся с чрезмерной утечкой сжатого воздуха через сальниковое уплотнение запорных клапанов. Он вспомнил о конструкции клапанов Древней Греции, применявших в качестве мембраны кожу, и предложил изолировать проточную часть клапана от резьбовой пары резиновой или полимерной мембраной. Зарубежные компании изготавливали мембранные клапаны на 10 бар.

Конструктивно мембранный клапан содержит корпус, крышку и мембрану. В рабочей части корпуса делается выступ для облегчения герметизации. В крышке расположены резьбовая пара и так называемый «грибок», конфигурация которого соответствует выступу корпуса. Для повышения рабочего давления конструкторы предложили воздействовать на мембрану посредством набора концентрических металлических колец. Кольца обеспечивают большее соответствие конфигурации выступа корпуса и более плотное прилегание при закрытии арматуры. При применении колец рабочее давление допускается впервые в мире на уровне 16 бар. Это техническое решение было признано изобретением.

В настоящее время разработано несколько вариантов конструкций. Один из клапанов благодаря своей конфигурации в поперечном разрезе был назван конструкторами клапаном типа улыбка.

Корпуса мембранных клапанов для различных применений имели разные варианты покрытий. Рижский завод химического машиностроения использовал покрытие фторопластом. Кролевецкий арматурный завод применял в качестве коррозионностойкого покрытия эмалирование корпусов. Наиболее благоприятное для обеспечения герметичности арматуры было использование резиновой мембраны. Труднее было обеспечить герметичность в затворе с использованием полимерного регулирующего или запирающего элемента. Такая мембрана была жестче резиновой, и ее деформация в районе выступа корпуса оказывалась недостаточной для плотного прижатия к седлу.

 В 1978 году для выяснения причины потери герметичности мембранных клапанов я, занимавший должность главного инженера ЦКБА, выехал в город Солигорск Минской области по вызову управления «Беларуськалий». Шахтерский город произвел на меня благоприятное впечатление. Чистота на улицах, обилие скверов и фонтанов, благоустроенные берега озера делали город уютным и удобным для проживания. Даже гора породы, образующая террикон, характерный для мест добычи полезных ископаемых, не портила благоприятного впечатления.

В цехе обогащения руды мне показали разобранные мембранные клапаны. При осмотре эмалированных корпусов была видна потрескавшаяся эмаль в районе отверстий для крепления крышки к корпусу. Отверстия для крепежа располагались в выступах корпусов. Я сделал вывод, что при негерметичности клапанов обслуживающий персонал, исчерпав возможности добиться герметичности вращением маховика, приступал к чрезмерной затяжке гаек на болтах в местах крепления крышек к корпусу. При этом выступы корпуса деформировались и на эмалевом покрытии появлялись трещины. В образовавшиеся щели проникала агрессивная среда, разрушая чугунные корпуса. По возвращении к месту работы я рекомендовал конструкторам усилить корпуса и применить вместо болтов шпильки, которые можно было установить в глухие отверстия усиленных корпусов.