Новая конструкция задвижки для магистрального трубопровода

Новая конструкция задвижки для магистрального трубопровода

И.Р. Шегельман, А. С. Васильев, П.О. Щукин Петрозаводский государственный университет

Аннотация: В статье показана важность кооперации университетов с машиностроительными предприятиями с точки зрения интенсификации создания объектов интеллектуальной собственности. Дано описание разработанной авторами конструкции задвижки для магистрального трубопровода, которая позволяет обеспечить компенсацию избыточного давления во внутренней полости при нахождении затвора в закрытом положении и нагревании корпуса задвижки. Описанная конструкция задвижки может быть использована в качестве запорной арматуры на трубопроводах атомных электростанций, тепловых электростанций, магистральных нефте- и газопроводах. Ключевые слова: задвижка, магистральный трубопровод, трубопроводная арматура, трубопроводный транспорт.

В современной экономике важнейшим ресурсом является интеллектуальная собственность, которая не может быть реализована без наличия в хозяйствующем субъекте экономики эффективной системы формирования, охраны и реализации инновационных разработок, основанных на интеллектуальной собственности [1]. Интенсифицировать разработку интеллектуальной собственности можно за счет усиления взаимодействия машиностроительных предприятий с университетами. При таком взаимодействии с промышленными предприятиями университеты должны взять на себя функции генерирования технологических и нетехнологических инноваций, включая интеллектуальную собственность, ее охрану и коммерциализацию. В связи с этим университеты России, из образовательных структур преобразуются в образовательно-научно-инновационные структуры [2], чему способствуют инициативы Правительства Российской Федерации и Министерства образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки РФ), направленные на повышение инновационного взаимодействия университетов с промышленными предприятиями.

Петрозаводский государственный университет (ПетрГУ) имея большой опыт сотрудничества с ведущими предприятиями республики Карелия в различных отраслях промышленности активно участвует в конкурсах и грантах проводимых в рамках Постановления Правительства Российской Федерации № 218. Благодаря такому сотрудничеству в университете интенсифицирована изобретательская деятельность.

К примеру, в ходе реализуемого ПетрГУ совместно с ОАО «Петрозаводскмаш» комплексного проекта: «Создание ресурсосберегающего производства экологически безопасного транспортно-упаковочного комплекта для перевозки и хранения отработавшего ядерного топлива» [3 -5] (2010-2012 гг.) было получено 13 патентов на полезные модели и изобретения.

В настоящее время специалисты ПетрГУ ведут совместную работу со специалистами Инжиниринговой компанией АО «АЭМ-технологии» по реализации комплексного проекта [2, 6] под названием: «Создание высокотехнологичного производства шиберных и клиновых штампосварных задвижек для предприятий атомной, тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли с применением наноструктурированного защитного покрытия». Важным результатом работы явилась подача 14 заявок на получение патентов. По трем из них (заявки: № 2014149516, № 2014149514, № 2014149515) получены положительные решения на выдачу патентов на полезные модели, остальные в настоящий момент находятся на рассмотрении. Подготовке заявок на получение патентов предшествовали сбор и анализ технической информации в отношении известных конструкций запорной трубопроводной арматуры [7 - 9].

Сущность одного из этих решений (заявка № 2014149515) заключается в повышении надежности в работе за счет исключения возможности разрыва корпуса и крышки устройства, выдавливания рабочей среды из полости

устройства в окружающую среду через уплотнения путем исключения возникновения избыточного давления во внутренних полостях устройства, вызываемого нагревом рабочей среды при закрытом затворе. Данное техническое решение удалось найти благодаря применению методологии функционально-технологического анализа [10].

Новая конструкция задвижки для магистрального трубопровода предусматривает наличие компенсационной камеры, выполненной упругодеформируемой в виде пустотелой гильзы с гофрированной стенкой. Такая конструкция компенсационной камеры позволяет ей увеличиваться и уменьшаться в размерах в зависимости от величины давления рабочей среды внутри полости задвижки и тем самым за счет изменения объема внутренней полости задвижки выравнивать в ней давление.

Схематичный чертеж новой конструкции задвижки представлен на рис. 1.

Рис. 1 - Задвижка для магистрального трубопровода

Данная задвижка для трубопровода состоит из корпуса 1, крышки 2, со встроенным в нее уплотнительным элементом 3, шпинделя 8, проходящего через отверстие в крышке 2 и обеспечивающего кинематическую связь затвора 7 с приводом 9. На наружной поверхности задвижки смонтирована упругодеформируемая компенсационная камера 4, выполненная в виде пустотелой гильзы с гофрированной стенкой, которая посредством канала 5 связана с внутренней полостью 6 задвижки.

Работа задвижки будет осуществляться следующим образом. При закрытом затворе в случае нагрева рабочей среды во внутренней полости задвижки будет происходить увеличение ее объема, которое способствует возникновению избыточного давления внутри задвижки. При увеличении давления произойдет расширение упругодеформируемой компенсационной камеры, сообщающейся каналом с внутренней полостью задвижки, в результате чего увеличится объем внутренней полости и компенсируется внутреннее давление. При снижении давления во внутренней полости задвижки (при открывании затвора или остывании рабочей среды) упругодеформируемая компенсационная камера будет сжиматься возвращаясь к исходным размерам.

Благодаря наличию упругодеформируемой камеры, сообщающейся с внутренней полостью устройства, будет обеспечиваться повышение надежности в работе за счет исключения вредных последствий в виде разрыва корпуса и крышки задвижки, выдавливания рабочей среды через уплотнительные элементы под действием избыточного давления во внутренней полости.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации по договору № 02.025.31.0031 по реализации комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства шиберных и клиновых штампосварных задвижек для предприятий атомной,

тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли с применением наноструктурированного защитного покрытия».

Литература

1. Шегельман И. Р., Кестер Я. М., Васильев А. С. Охрана результатов инновационной деятельности. Петрозаводск: ПетрГУ, 2012. 332 с.

2. Воронин А. В., Шегельман И. Р., Щукин П. О. О стратегии повышения инновационного взаимодействия университетов с промышленностью // Перспективы науки. 2013. № 6(45). С. 5-8.

3. Shegelman I.R., Romanov A.V., Vasiliev A.S., Shchukin P.O. Scientific and technical aspects of creating spent nuclear fuel shipping and storage equipment // Nuclear Physics and Atomic Energy. 2013. Volume 14, Issue 1. Pp. 33-37.

4. Shegelman I. R. New information technologies in pulp and paper and energy industry: IV international scientific-technical conference: Conference papers. Petrozavodsk: PetrGU, 2000. Рр. 51-52.

5. Пономарев А. Н., Гуськов В. Д., Воронцов В. В., Агеев И. В., Каменев Л. А., Романов А. В., Шегельман И. Р. Новые композиционные нейтронно-поглощающие материалы для контейнеров сухого хранения отходов ядерного топлива строящихся атомных электростанций // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 9(35). C. 9-13.

6. Васильев А.С., Щукин П.О. Высокотехнологичное производство арматуры для атомной, тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли // Перспективы науки. 2014. № 8(59). С. 75-78.

7. Васильев А.С., Суханов Ю. В., Щукин П.О., Галактионов О.Н. Совершенствование эксплуатационных показателей запорной трубопроводной арматуры // Инженерный вестник Дона, 2014, №. 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2014/2464.

8. Васильев А.С., Шегельман И.Р., Щукин П.О., Суханов Ю.В. Некоторые направления патентования корпусов штампосварных клиновых

задвижек для магистральных трубопроводов предприятий атомной, тепловой энергетики, нефтегазовой промышленности // Инженерный вестник Дона, 2014, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2245.

9. Васильев А.С., Шегельман И.Р., Щукин П.О. Некоторые особенности технических решений на конструкции клиновых задвижек для магистральных трубопроводов предприятий атомной, тепловой энергетики, нефтегазовой промышленности // Инженерный вестник Дона, 2013, №. 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1827.

10. Шегельман И.Р. Функционально-технологический анализ: метод формирования инновационных технических решений для лесной промышленности. Петрозаводск: ПетрГУ, 2010. 96 с.

References

1. Shegel'man I. R., Kester Ya. M., Vasil'ev A. S. Okhrana rezul'tatov innovatsionnoy deyatel'nosti [Protection of results of innovative activity]. Petrozavodsk: PetrGU, 2012. 332 р.

2. Voronin A. V., Shegel'man I. R., Shchukin P. O. Perspektivy nauki. 2013. № 6(45). рр. 5-8.

3. Shegelman I.R., Romanov A.V., Vasiliev A.S., Shchukin P.O. Nuclear Physics and Atomic Energy, 2013. Volume 14, Issue 1. pp. 33-37.

4. Shegelman I. R. New information technologies in pulp and paper and energy industry: IV international scientific-technical conference: Conference papers. Petrozavodsk: PetrGU, 2000. pр. 51-52.

5. Ponomarev A. N., Gus'kov V. D., Vorontsov V. V., Ageev I. V., Kamenev L. A., Romanov A. V., Shegel'man I. R. Inzhenerno-stroitel'nyy zhurnal. 2012. № 9(35). pp. 9-13.

6. Vasil'ev A.S., Shchukin P.O. Perspektivy nauki. 2014. № 8(59). pр. 75-78.

7. Vasil'ev A.S., Sukhanov Yu. V., Shchukin P.O., Galaktionov O.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №. 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2014/2464.

8. Vasil'ev A.S., Shegel'man I.R., Shchukin P.O., Sukhanov Yu.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2245.

9. Vasil'ev A.S., Shegel'man I.R., Shchukin P.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №. 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1827.

10. Shegel'man I.R. Funktsional'no-tekhnologicheskiy analiz: metod formirovaniya innovatsionnykh tekhnicheskikh resheniy dlya lesnoy promyshlennosti [Functional-technological analysis: A method of forming innovative technical solutions for the timber industry]. Petrozavodsk: PetrGU, 2010. 96 p.