Одной из важнейших функций трубопроводной арматуры является недопущение утечек во внешнюю среду. В последние десятилетия, в связи с обострением экологических проблем, а также усложнением систем водяной разводки и, главное, стремлением застройщиков к эффективному использованию подвальных помещений, проблема внешних утечек стала особенно актуальной.
В конструкциях современной арматуры для ЖКХ герметичность по отношению к внешней среде вдоль штока обеспечивается с помощью различных технологий уплотнения, но все эти технические решения сводятся к плотному прилеганию неметаллического элемента к металлическому штоку. Это позволяет, с одной стороны, штоку вращаться, преодолевая усилие трения прилегания, с другой — плотность прижатия к штоку не дает возможности рабочей среде просочиться во внешнюю полость.
Подобные решения на чертежах выглядят очень технологично и просто, новая арматура с применением таких уплотнений работает прекрасно, при установке в квартирах в сухом отапливаемом помещении она, как правило, работает много лет, сохраняя все свои технические качества. Но сфера ЖКХ предполагает использование кранов не только в тепличных условиях. В подвальных помещениях, колодцах, распределительных пунктах часто присутствует сырость при воздействии положительных температур. В совокупности это приводит к развитию оксидной пленки на металлических поверхностях и, при длительном воздействии, к частичному разложению неметаллических материалов уплотнений бугеля арматуры или как минимум к изменению их физико-механических свойств. В результате качество контакта в уплотнениях арматуры ухудшаются, что со временем повышает риск появления протечек. Если механизм арматуры находится в неподвижном состоянии, то риск протечек несколько снижается благодаря тому, что все появившиеся зазоры в процессе воздействия влаги замокли. Но если арматуру необходимо стронуть с места, т. е. открыть, закрыть, сбалансировать подачу жидкости (частично открыть или закрыть), такая процедура может привести к «подкапыванию» арматуры на некоторое время, пока кран снова не замокнет. В домах старой постройки подвалы пустовали, и, как следствие, такие вещи не замечали, но в современных домах часто подвалы сопряжены с офисами, магазинами и другими организациями, в которых сделан серьезный ремонт помещений, и протечки и «подкапывания» арматуры тут могут стать проблемой для эксплуатантов здания, для решения таких проблем потребуется как минимум замена арматуры. Например, некоторые зарубежные производители балансировочной арматуры, механизм которой очень часто приходится страгивать с места, в попытках устранить проблему протечек при балансировании подачи теплового агента в стояки отопления здания стали применять двойное уплотнение в штоках. Там одно уплотнение держит влагу внешней среды, а второе — герметизирует рабочую жидкость трубопровода, что естественно привело к удорожанию арматуры.
Указанная проблема остается нерешенной много лет. Мы понимаем, что без серьезных улучшений конструкции проблему утечек во внешнюю среду вдоль приводного штока полностью не решить. Наше предложение сводится к применению конструктивных решений арматуры сильфонного типа в сфере кранов ЖКХ.
В арматуре сильфонного типа отсутствуют динамические трущиеся поверхности, необходимые для герметизации рабочей среды. Рабочая полость тут ограничена сплошной металлической оболочкой, имеющей в своем составе сварной тандем «крышка – сильфон – шток – корпус» (см. рисунок 1).
На сегодня основным недостатком сильфонной арматуры является ее высокая цена. Техническое решение, ведущее к снижению стоимости оборудования при сохранении требований ЖКХ, могло бы привести к появлению на рынке вполне конкурентоспособной по цене сильфонной арматуры для ЖКХ. Это был бы абсолютно новый продукт, ведущий к весьма серьезному прорыву, и такое решение уже найдено.
Сильфонный узел выглядит очень просто, его принцип работы очевиден. Конструкция сильфонного уплотнения арматуры не претерпевала каких-либо существенных изменений многие десятилетия. Но простота сильфонного узла обманчива. На самом деле сильфон — это весьма наукоемкая деталь. Застой конструктива уплотнительных сильфонных узлов арматуры отчасти связан с отсутствием каких-либо серьезных современных академических разработок по упругим чувствительным элементам. Основные изыскания по данному направлению описаны в некоторых диссертационных исследованиях [1, 2, 3], отражающих весьма глубокие частные моменты деформации тонкостенных оболочек. В то же время сегодня актуальна серьезная модернизация арматуры в сторону улучшения ее эксплуатационных характеристик.
Чтобы обеспечить мощный толчок к модернизации трубопроводной арматуры для ЖКХ, необходимо в первую очередь обеспечить удешевление сильфона в уплотнении. Классическая формула гласит: гениальные решения складываются из новой компоновки старых элементов. Наше предложение сводится к применению давно известных однослойных сильфонов по ГОСТ 21482-76 в арматуре ЖКХ (см. рисунок 2). Данные сильфоны имеют в разы более низкую стоимость по сравнению с многослойными сильфонами, выполненными по ГОСТ Р 55019-2012. Одновременно, совместив технологию полуавтоматического изготовления однослойных сильфонов с технологией сварки исходного материала и его вытяжки в процессе гофрирования, применяемой при изготовлении многослойных сильфонов, можно получить технологический процесс производства однослойных сильфонов с крайне низкой стоимостью. Разумеется, при применении сильфонного уплотнения бугель группу с неметаллическим уплотнением необходимо исключить, а это значит, что необходимо удалить отдельную сборочную единицу с ощутимой стоимостью, которая как раз компенсируется в структуре ценовой политики арматуры ЖКХ ценой дешевого сильфонного уплотнения.
Примечательно, что, учитывая возможность изменения толщины материала, мы можем варьировать рабочим давлением сильфонного уплотнения, а значит, мы имеем техническую возможность в рамках производства арматуры до DN 150 оставить ее рабочее давление в параметрах большинства конкурентов — производителей арматуры (4,0 МПа). Иными словами, имея технологию производства однослойных сильфонов по ГОСТ 21482-76, можно вполне серьезно говорить о создании дешевой сильфонной
арматуры.
Следующий вопрос, который необходимо решить при внедрении однослойных сильфонов в арматуростроение, — это их сварка в сильфонные узлы. Мы имеем необходимые компетенции и оборудование для выполнения полуавтоматической сварки тонкостенных торцовых элементов методом оплавления их кромки. При этом, разумеется, необходимо проводить контрольные испытания сильфонных узлов на прочность и не выполнять контроль герметичности масс спектрометрическим методом, что позволит сохранить качество и дополнительно снизить стоимость.
Преимущества, которые мы получим в результате вывода на рынок дешевой сильфонной арматуры для ЖКХ (см. рисунок 3), — это абсолютное отсутствие протечек в течение всего срока службы арматуры, вероятны также увеличение срока службы оборудования, повышение надежности, отсутствие необходимости в обслуживании арматуры в процессе ее эксплуатации.
Большие перспективы также возникают в области модернизации балансировочной арматуры. Как уже говорилось ранее, в процессе работы ее часто необходимо стронуть с места. При этом в условиях современных тенденций очень плотного применения подвальных помещений, протечки совершенно недопустимы. Сегодня, дабы обеспечить абсолютное отсутствие протечек через уплотнения штока, некоторые производители балансировочной арматуры уже пошли на технические уступки (применение двойного уплотнения в штоках). Это значительно повысило стоимость балансировочной арматуры, но других возможностей не было. Применив сильфонное уплотнение в этой сфере, мы можем значительно выиграть в качестве, при этом даже сэкономив.
Литература
1. Додзина Р. Н. Устойчивость и закритическое поведение гибких упругих и упруго-пластических оболочек при комбинированном нагружении: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. — Куйбышев, 1984. — 22 с.
2. Лобачева А. М. Упругие чувствительные элементы микромеханических приборов (динамика и надежность): Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Санкт-Петербург, 2007. — 16 с.
3. Кокшаров Д. Н. Динамика упругих чувствительных элементов датчиков систем управления: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Санкт-Петербург, 2007. — 16 с.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (44) 2018
