25.10.2011, ИА «Агентство новостей Подмосковья

http://www.mosoblpress.ru/38/46297/
25.10.2011, ИА «Агентство новостей Подмосковья». Эластичность только в
плюс.
«Бублики» и «пузыри» из резины и других эластичных материалов можно с
успехом применять в запорной арматуре трубопроводов. Как бы парадоксально
это ни звучало, они запросто заменяют сложные устройства из дорогостоящих
коррозионностойких сплавов. А чтобы понять их принцип, достаточно знаний из
школьного курса физики или даже умения надувать мыльные пузыри. В этом
убедился корреспондент «Сибирского энергетика» Егор ЩЕРБАКОВ, в поисках
перспективных разработок для нефтегазовой отрасли обратившийся к учёным из
национального
исследовательского
Иркутского
государственного
технического университета.
«Мыльные пузыри в детстве запускал?» – интересуется профессор
национального
исследовательского
Иркутского
государственного
технического университета Владимир Кольцов. Так доктор технических наук,
автор трёх десятков изобретений начинает объяснять принцип, применяемый в
некоторых из запорных устройств для трубопроводов, проектом по разработке
которых он руководит с 2004 года. За это время в ИрГТУ создали 15 вариантов
конструкций запорной арматуры, чей принцип действия основан на свойствах
эластичных материалов.
По закону Бернулли
В основе разработок лежит знакомый многим по школьному курсу физики закон
Бернулли, каноничное определение которого гласит, что сумма внешнего,
гидростатического и динамического давления в потоке жидкости постоянна.
Согласно ему, в узкой части трубы давление всегда больше, чем в широкой.
«Используя этот закон, мы в одном месте сузили сечение трубы, а перепад
давления использовали для перемещения запорного устройства», – поясняет
Кольцов. Задвижка, эскиз которой он при этом демонстрирует, состоит из двух
соединённых штангом торов – геометрических фигур в виде бублика. Для их
перемещения используется давление самой жидкости, текущей по трубопроводу:
для того, чтобы закрыть или открыть задвижку, её по шлангам перебрасывают от
«входа» или «выхода».
Свойства тора используются ещё в одном варианте устройства, которое
показывает корреспонденту «Сибирского энергетика» собеседник издания. Его
отличие от предыдущего варианта заключается в том, что здесь тор сжат в конус.
«А если «загнать» его в конус, он всегда стремится «вылезти» обратно», –
продолжает профессор импровизированную лекцию со слайдами. В итоге, как
только ослабевает давление жидкости, конструкция перекрывает трубу, а стоит
восстановить напор – возвращается в специальное ответвление. Существуют и
другие варианты запорных клапанов, например, тот, в котором «бублики» из
эластичного материала используются в качестве усилителя давления.
Кольцов рассказывает, что мысль об их применении в запорной арматуре
возникла вскоре после того, как при ИрГТУ была создана научнопроизводственная фирма «Восток-ТОР», занимающаяся очисткой, ремонтом и
восстановлением трубопроводного оборудования и котлов. «Мы тогда увлеклись
эластичными конструкциями, – вспоминает учёный. – И, раз уж взялись за
торовые технологии в очистке трубопроводов, я решил заняться задвижками –
неотъемлемым элементом трубопроводной арматуры. Мне это показалось
интересным». Судя по всему, именно этот интерес и подтолкнул Кольцова и его
коллег – директора института архитектуры и строительства ИрГТУ Виктора
Чупина, директора ЗАО НПФ «Восток-ТОР» Игоря Майзеля, директора
технического колледжа ИрГТУ Александра Куницына, старшего преподавателя
Елизавету Попову и студенток Елену Герасимову и Валентину Надточий – к
созданию полутора десятков различных конструкций запорной арматуры.
Справедливости ради заметим, что не все из них используют свойства
эластичного тора.
Принцип мыльного пузыря
В действующих образцах кранов, собранных в ИрГТУ, основой являются
пузырьковые конструкции. А принцип их действия прост и известен не только
корреспонденту «Сибирского энергетика» и его собеседнику, но и любому, кто в
детстве пускал мыльные пузыри. «Большой пузырь никогда маленький внутрь не
пустит, тот просто останется на его поверхности, – замечает Кольцов. – Если же
два разных пузыря поместить в одну ёмкость, то большой всегда будет вытеснять
маленький». Запорная арматура действует по тому же принципу, за тем лишь
исключением, что вместо мыльной плёнки в ней используется резина
(применяться может и любой другой эластичный материал с необходимыми
свойствами).
Например, в одном из опытных образцов используются запаянные отрезки двух
резиновых шлангов разного диаметра, установленные поперёк трубы. С помощью
шланга в них подаётся жидкость из трубопровода (сначала кран испытывали с
помощью воздуха, затем его подсоединили к водооборотному стенду, однако с
тем же успехом он может использоваться на нефте- или газопроводе), и больший
«пузырь» выдавливает меньший, тем самым перекрывая трубу. Чтобы открыть
задвижку, необходимо, соответственно, подать жидкость обратно в трубопровод.
Регулируется запорный механизм обычным шаровым краном, который можно
купить в обычном хозяйственном магазине, а для того, чтобы избежать генерации
– самопроизвольного открывания и закрывания всей конструкции, – предусмотрен
клапан обратный. При этом оба существующих образца запорной арматуры
собраны из общедоступных материалов, которые можно приобрести в свободной
продаже. «Просто сходил в магазин да купил», – лаконично замечает Кольцов.
Однако при их масштабном производстве могут использоваться и другие
эластичные материалы – всё зависит от сферы применения и потребностей
заказчика. Но даже в том случае, если будут применяться более дорогие
материалы, стоимость подобной запорной арматуры будет ниже, чем у
традиционных аналогов, основные узлы которых выполнены из недешёвых
цветных сплавов, стойких к коррозии. Экономия достигается и за счёт того, что
отпадает необходимость использовать сложное станочное оборудование и
непростые технологии. Свои плюсы есть и при эксплуатации запорной арматуры,
основанной на торовых конструкциях, например, меньший коэффициент
сопротивления и большая надёжность.
Известная проблема
Несмотря на все эти, казалось бы, очевидные преимущества, разработанные в
ИрГТУ
конструкции
задвижек
пока
остаются
опытно-конструкторским
инновационным проектом и в серию не идут. «Основная проблема известна: нет
денег, – констатирует Кольцов. – Когда мы обратились в Ангарскую
нефтехимическую компанию, там сказали, что с удовольствием у нас эти
задвижки купят. Но ведь для того, чтобы им или кому-то ещё их продать, нужно
сделать опытный образец, испытать его в реальных условиях, довести
конструкцию до совершенства, изготовить промышленный образец, затем его
сертифицировать и только потом рекомендовать к применению». По его расчётам,
на это требуется около 25 млн. рублей – небольшие средства по меркам крупных
нефтяных компаний, однако немалые даже для крупного вуза, получившего статус
национального исследовательского университета.
Впрочем, инвестор на проект нашёлся – МУП «Производственное управление
водопроводно-канализационного хозяйства». В иркутском «Водоканале»
заинтересовались разработкой учёных из ИрГТУ, а её наглядная демонстрация
убедила представителей муниципального предприятия в перспективности нового
вида запорной арматуры. Применить её опытные образцы планируют на
водопроводных сетях наиболее распространённого диаметра – 200 мм. «Мы
договорились, что они попросят у своего учредителя деньги на изготовление
опытных образцов, – рассказал собеседник «Сибирского энергетика». – Но денег
нам пока никто не дал, мы всё ещё ведём переговоры. Как только получим эти
средства, мы сразу изготовим опытные экземпляры и установим их на сетях».
Согласно плану, это должно произойти в начале 2012 года. А до конца
следующего года предполагается завершить сертификацию промышленных
образцов. Но для этого нужно будет выполнить одно условие – выделить
необходимые средства. По мнению Кольцова, даже если это произойдёт после
Нового года, в график удастся уложиться.