О.Н. Шпаков, кандидат технических наук. Резерв в улучшении герметичности

Олег Николаевич Шпаков рассказал о герметичности затвора трубопроводной арматуры. Материал опубликован в первом номере журнала «Вестник арматуростроителя».

Герметичность затвора арматуры в закрытом положении – одно из важнейших преимуществ трубопроводной арматуры всех типов.

Существует много способов повысить герметичность арматуры, однако обеспечение полной герметичности в затворах с уплотнением «металл по металлу» всегда требует специальных знаний и приемов. Одним из направлений улучшения герметичности в подобных конструкциях, на мой взгляд, является использование упругих элементов, что пока не нашло должного применения, т. к. методы расчетов таких уплотнений не известны широкому кругу арматуростроителей и не стандартизованы. Вспоминаются несколько эпизодов, связанных с этой проблемой.

Однажды в 80-е по заведенному мною в бытность главным инженером ЦКБА порядку, предусматривающему доклад соискателей ученой степени, обратившихся с просьбой дать заключение о полезности и актуальности темы диссертации, на заседании научно-технического совета был заслушан доклад заведующего сектором Украинского филиала ЦКБА Давида Ароновича Мендельсона. Темой его диссертации было исследование гибких уплотнительных элементов (ГУЭ) в затворах клапанов. Доклад запомнился специалистам термином «обтюратор» (механическое устройство для перекрытия потока; в арматуростроении – золотник), которое автор использовал в докладе. Упругое уплотнение в седле, образованное тонкостенным кольцевым выступом, которое раздвигалось или сжималось золотником, обеспечивает надежную герметизацию соединения. Идеей Мендельсона вдохновился начальник отдела трения и смазок ЦКБА В. А. Соловьев, который был направлен генеральным директором ЛНПОА «Знамя труда» С. И. Косых для обеспечения сдачи продукции в цех, где возникла проблема с герметичностью клапанов с металлическими уплотнениями затвора. Клапаны имели традиционную конструктивную схему: золотники шарнирно закреплялись на штоках, поэтому при каждом открытии и закрытии их уплотнительные поверхности соприкасались с кромками седел в новых точках, и никакая притирка к положительному результату не приводила. Соловьев начертил эскиз доработки, цех проточил канавки в корпусах клапанов и с положительными результатами испытаний благополучно сдал всю партию.

С введением канавки в седле образуется упругий элемент уплотнения, при этом не требуется, чтобы контакт золотника с седлом обязательно происходил в тех же точках, что и при предыдущем срабатывании. В этом заключается одна из сторон эффективности упругого элемента в уплотнении. Об этом я написал короткий рассказ для раздела «Арматурные истории разных лет» в книге «Азбука трубопроводной арматуры» [1]. В те годы эта тема разрабатывалась УФ ЦКБА, и не было причин дублировать работу в головной организации.

Я переслал свои рассказы-воспоминания по электронной почте Г. Н. Клоцвогу, уехавшему в Израиль, а тот, в свою очередь, отправил их в США бывшим сотрудникам ЦКБА. Через некоторое время Д. А. Мендельсон прислал мне письмо, в котором удивился моей памяти и сообщил, что им в бытность в Киеве был разработан руководящий материал с рекомендациями по конструкции и расчету уплотнений с упругими элементами затворов клапанов. На мою просьбу прислать этот РМ Киевское ЦКБА не ответило. В то время я уже не работал в ЦКБА, поэтому эта информация показалась мне неактуальной, и я забыл о ней.

Вспомнить об этой теме заставил доклад доктора технических наук Долотова на научно-практической конференции, которую проводила НПАА на выставке PCVexpo в 2013 году. Темой доклада был расчет на прочность гибкого уплотнения «металл по металлу». Хорошо владея математическим аппаратом, докладчик называл детали затвора оболочкой, а затвор оболочечным.

Мне показалось странным использование таких терминов. Занимаясь редактированием стандартов и спецификаций Американского нефтяного института, я держал в памяти профессиональную зарубежную терминологию. Термин «оболочка» (Shell) обозначает корпус и крышку, содержащие остальные детали арматуры. По окончании выступления я задал вопрос докладчику: «Где же оболочка?» – и услышал ответ: «Так вот же она». Между нами началась дискуссия, похожая на спор слепого с глухим.

В перерыве профессор Долотов вышел из зала и вернулся с моей книгой «Трубопроводная арматура. Справочник специалиста», продававшейся на стенде НПАА. Ему хотелось ознакомиться с арматурной терминологией. После окончания конференции мы с Алексеем Митрофановичем (так звали Долотова) побеседовали и познакомились ближе. Он рассказал, что был доцентом Львовского политехнического института и консультировал работников лаборатории герметичности, организованной во Львове Украинским филиалом ЦКБА, а после распада СССР, сменив несколько городов и защитив докторскую диссертацию на ученом совете Самарского государственного авиационного университета, обосновался в Иркутске, где устроился на работу в Иркутском политехническом университете путей сообщения. Наша беседа окончилась подписанием «Справочника» на память Алексею Митрофановичу. Он, в свою очередь, подарил мне написанную им в соавторстве с другими специалистами книгу «Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидроарматуры летательных аппаратов» [2]. В книге много места занимают расчеты уплотнений с гибкими элементами, приведен анализ конструкций затворов арматуры.

Через год после конференции Алексей Митрофанович переехал из Иркутска в Санкт-Петербург, и мы продолжили наше знакомство. Долотов поступил в Военную академию материально-технического снабжения имени А. В. Хрулева и стал читать слушателям академии курс сопротивления материалов. Он часто заходил в исполнительную дирекцию НПАА, мне было комфортно беседовать с простым в общении ученым о проблемах арматуростроения. Алексей Митрофанович объяснял мне суть процессов герметизации арматуры с научной точки зрения. К моему глубокому сожалению, он в 2016 году рано ушел из жизни из-за сердечного приступа.

Конструкции и расчет уплотнений с гибкими уплотнительными элементами описаны в книге Б. В. Кармугина, Г. Г. Стратиневского, Д. А. Мендельсона «Клапанные уплотнения пневмоагрегатов» [3].

Применение упругих уплотнений в затворах арматуры с металлическими уплотнениями – это неиспользованный резерв улучшения герметичности. Уплотнения с ГУЭ позволяют улучшить герметичность изделий, уменьшить трудоемкость их изготовления и, в ряде случаев, применить приводы с меньшей мощностью. Арматурные предприятия, заинтересованные в получении конкурентных преимуществ, в настоящее время обладают возможностями провести или заказать исследования применения уплотнений с ГУЭ и на их основе внедрить в производство новые конструкции арматуры.

Литература

1. Шпаков О. Н., Азбука трубопроводной арматуры. Справочное пособие, СПб, ООО ИКХТ, 2003, 218 с.
2. Долотов А. М., Огар П. М., Чегодаев Д. Е., Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидро-аппаратуры летательных аппаратов. М., Изд-во МАИ, 2000, 296 с.
3. Б. В. Кармугин, Г. Г. Стратиневский, Д. А. Мендельсон, Клапанные уплотнения пневмоагрегатов, М. Машиностроение, 1983, 153 с.