Шаровые краны, дисковые затворы и линии развития технических систем

 

Сегодняшний подход к выявлению тенденций развития машиностроительной продукции и в частности, трубопроводной арматуры, основан в основном на линеаризации трендов и проецировании их в будущее. Такие тренды зависят от способности прогнозистов выделять статистические данные и умения использовать статистический подход. В частности, применяются различные формы математических моделей и формирование на их основе регрессионных уравнения.

 

В своем большинстве такие прогнозы зависят от выявленности статистических тенденций и их достоверности. Само же линейное проецирование в будущее ограничено только ближней перспективой, сложившимися мнениями и не позволяет увидеть отдаленную перспективу.

 

Более сильным способом обнаружения будущих и достаточно долгосрочных тенденций является анализ систем и трендов их развития на основе законов развития технических систем (ЗРТС), разработанную и развиваемую в рамках теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Законы были выделены на основе анализа развития множества технических систем. Развитие арматуры, как и всякой технической системы также соответствует этим линиям развития.

 

Нами были выделены две основные линии развития, которые особенно сильно проявляются в развитии регулирующей арматуры. Это:

 

1. Линия повышения идеальности регулирования

2. Линия повышения свертываемости

 

1. Линия повышения идеальности регулирования

Линию повышения идеальности регулирования мы подробно рассмотрели выше и показали, что она будет и дальше оказывать свое сильное воздействие на развитие регулирующей арматуры. В частности, можно ожидать, что дальнейшее развитие может пойти в направлении снижения нелинейности, совершенствования РО, (или регулирующего элемента), снижения общей нелинейности контура, гаммы контуров и уменьшения их взаимовлияния. Это будет связано уже не только с развитием каждого отдельного вида регулирующей арматуры и регулирующих контуров, но и с согласованием их совместной работы в технологической схеме.

 

Далее мы подробнее рассмотрим линию повышения свертываемости арматуры, поскольку она оказывает значительное влияние на затратную часть, приходящуюся на арматуру в инвестиционных проектах.

 

2. Линия повышения свертываемости

"Лучшая деталь - это та, которой нет" - примерно так достаточно просто выражается принцип свертывания конструкций. Повышение свертываемости заключатся в том, что происходит уменьшение всех конструкционных звеньев, их веса, габарита, стоимости и энергопотребления при повышении количества и уровня выполняемых функций.

 

Рассмотрим, как происходит свертывание арматуры, а именно дисковых затворов и шаровых кранов по этим критериям, что и позволит определить, какая конструкция в конечном итоге может стать превалирующей в долгосрочной перспективе.

 

Свертываемость по размерам - компактизация

Самый часто наблюдаемый феномен свертываемости по размерам - это общее уменьшение габаритов и строительных размеров арматуры, что сразу е приводит к росту большинства проектных показателей - от снижения веса, инвестиционного пространства, затрачиваемого на размещение арматуры на трубопроводах, до повышения вибростойкости (снижения виброактивности арматуры из-за большого размера), улучшения показателей обслуживания, ТО, монтажа и транспортировки, хранения и других сопутствующих показателей. В этом отношении явно прослеживается линия:

 

Задвижки

- вентили

- шаровые краны

- дисковые затворы

- сегментные дисковые затворы

 

Демонстрация свертывания по размерам в сторону компактизации показана на рис.

 

Рис. Компактизация арматуры

Свертываемость по весу

Вес арматуры оказывает значительное влияние на проектные показатели арматуры, особенно ее стоимость. В табл....приведены сравнительные весовые характеристики дисковых затворов по сравнению с шаровыми кранами, задвижками и клапанами.

 

Табл. Сравнительные весовые характеристики дисковых затворов по сравнению с шаровыми кранами, задвижками и клапанами

Разница в весе	Дисковый затвор по сравнению с шаровым краном	Дисковый затвор по сравнению с задвижкой\клапаном
3"	20%	70%
4"	40%	70%
6"	60%	70%
8"	60%	70%
10"	60%	70%
12"	60%	70%
14"	70%	70%
16"	70%	70%
18"	70%	70%
20"	70%	70%
24"	70%	70%
28"	80%	70%
30"	80%	70%
36"	80%	70%

 

С легкостью можно заметить, что дисковые затворы по этому критерию оставляют далеко позади как шаровые краны, так и задвижки и клапаны. При этом, если разница в весе между дисковыми затворами и шаровыми кранами при малых диаметрах невелика, то с ростом диаметра разность становится весьма ощутима и на наибольших диаметрах превышает значения даже для клапанов и задвижек. Отметим, что вследствие особенностей конструкции арматуры, большую часть веса занимает ее корпус. Меньшие размеры корпуса значительно уменьшают вес и удешевляют арматуру. Таким образом, по критерию минимальности веса выигрыш дисковых затворов весьма значителен.

 

Свертываемость по простоте элементов

Простота конструкции создает возможности для использования минимума деталей и конструктивных элементов. Это в свою очередь создает условия для повышения унифицируемости. Выгода унифицируемости выражается в уменьшении стоимости обслуживания. Эффективность обслуживания увеличивается с повышением простоты конструкции. Пример расчета статей расхода по данным компании Jamesbury для дисковых затворов средних и больших диаметров приведен ниже.

 

Расчет статей расхода по дисковым затворам

 

1. Ремонт 2 чел. x 8 ч x 50? = 800?

2. Ручные испытания 1 чел. x 1 ч x 50? = 50?

3. Документация 1 чел. x 1 ч x 50? = 50?

4. Обработка данных 1 чел. x 1 ч x 50? = 50?

5. Итого на 1 ед. арматуры = 1000?

 

*Примечание: Стоимость оборудования для организации работ не включена (кран, стоимость остановов, запчастей и пр.)

 

Учитывая, что для работы с тяжелыми шаровыми кранами, имеющими вес на 60-80% выше, чем у дисковых затворов требуется дополнительные приспособления, а также задействуется грузоподъемное, такелажное оборудование и пр., соответственно привлекаются дополнительные персонал, например, крановщики и такелажники, то стоимость ремонта по оценкам той же компании Jamesbury вырастает вдвое. Таким образом, по критерию свертываемости по простоте элементов дисковые затворы оказываются значительно лучше шаровых кранов.

 

Свертываемость за счет передачи наиболее «трудоемких" функций другим более дешевым элементам:

Свертываемость по функциям является важной составляющей для достижения наибольшей экономичности. Закономерность заключается в том, что наиболее трудоемкие функции должны свертываться (устраняться). В частности, это наиболее заметно в наблюдаемом переходе от фланцевой арматуры к бесфланцевой, происходящем с развитием фланцев и новых видов прокладок и уплотнений.

 

Примеры:

Фланцевый дисковый затвор – бесфланцевый дисковый затвор

Фланцевый сегментный дисковый затвор – бесфланцевый сегментный дисковый затвор

 

При этом сам корпус практически растворяется как элемент между фланцами трубопровода и может стягиваться между ними длинными шпильками. В отличие от дисковых затворов, включая сегментные дисковые затворы, подобные конструкции в шаровых кранах развития не получили. Таким образом, по критерию свертывания трудоемких функций, дисковые затворы опережают шаровые краны.

 

Свертываемость за счет модифицирования рабочего органа

Одним из важных путей развития является определяется законом превалирующего развития регулирующего органа по сравнению с другими элементами системы. Способность его гибко переналаживаться. перестраиваться, видоизменяться в той же самой конструкции является также видимым выражением этой закономерности.

Современный дисковый затвор может по праву считаться и сегментным дисковым затвором, где его диск по сути стал сегментным сферическим элементом и по современной классификации он относится к сегментным дисковым затворам. Как мы уже видели, сегментные дисковые затворы обладают лучшими показателями качества регулирования по сравнению как с дисковыми затворами, так и шаровыми кранами.

Можно также отметить, что по своим сферическим характеристика уплотняющей поверхности сегментный дисковый затвор может относиться и к разновидностям шаровых кранов и ранее часто считался – разновидностью шарового крана. Однако, для нас важно то, что рабочий орган дискового затвора способен видоизменяться и тем самым обеспечивать большее число функций при том же количестве и конструкции основных элементов. По этому критерию дисковые затворы превалируют над шаровыми кранами.

 

Как можно уже видеть из анализа развития дисковых затворов и шаровых кранов по критериям идеальности регулирования и свертываемости, дисковые затворы показывают большую способность к развитию и в большей степени соответствуют линиям развития технических систем.