О.Н. Шпаков, Е.В. Ефимов. Еще раз про комбозатворы

В совместной статье тему комбозатворов продолжили Олег Николаевич Шпаков и Евгений Ефимов. Материал опубликован в пятом выпуске журнала «Вестник арматуростроителя».

- Олег Николаевич Шпаков, кандидат технических наук
- Евгений Владимирович Ефимов, директор ООО «Арматура ГмбХ»

Типичная насосная станция предусматривает использование классического решения в виде связки обратной и запорной арматуры, установленных после насосов. Обратная арматура выполняет защитную функцию, автоматически предотвращая обратный поток на насосы, запорная арматура на время ремонтов выполняет роль запорного устройства, гарантируя доступ к обратной арматуре с обеих сторон для ревизии и/или ремонта.

Такое решение имеет ряд существенных недостатков, несмотря на проверенность временем. По этой причине не стоит удивляться тому, что в проектах все чаще стали применяться комбинированные арматуры, сочетающие две и более функций, у которых вместе с тем одна из функций, как правило, всегда является основной, другая или другие вторичными.

Один из первых недостатков классической схемы из двух арматур – это, собственно, требование к тому, чтобы две арматуры были по возможности подальше отдалены друг от друга. Для трубопровода Ду3000 рекомендуемое расстояние между двумя арматурами составляет около 15 метров (5хDN). Необходимо 15 метров прямого участка трубопровода! Так как турбулентный поток после обратного затвора, который образуется во многом за счет того (см. рис.), что классический обратный затвор с рычагами и грузами в зависимости от скорости потока, в частности на таком диаметре, будет открыт, как правило, в среднем на 30-40 процентов, соответственно, за диском обратного затвора поток будет становиться турбулентным, удаление второй арматуры от первой как раз и нужно, чтобы поток прекратил хаотичное движение и его частицы снова начали двигаться упорядоченно, параллельными слоями. В итоге диск второй арматуры (дискового затвора) не будет испытывать повышенную нагрузку, когда турбулентный поток пытается раскачивать диск, что порой приводит к тому, что крепление диска к валу, выполненное с помощью штифтов недостаточной толщины и прочности (а толщина штифтов связана с толщиной вала, который у разных производителей может быть разного диаметра для одного и того же условного DN арматуры, в том числе порой в целях экономии, когда массивный вал из дорогостоящей нержавеющей стали заменяется на вал значительно меньшего диаметра) «срезается» под нагрузкой и диск становится неконтролируемым.

Третий недостаток схемы «обратная арматура + запорная арматура» связан с тем, что, в частности, на больших трубопроводах, таких как Ду3000, нельзя применять неконтролируемое автоматическое закрытие для предотвращения обратного потока воды в принципе. Начиная с момента отключения насосов – возникновения аварийной ситуации все должно находиться в режиме контроля – контролируемого закрытия, с обеспечением всех необходимых видов сигнализации о возникновения аварийной ситуации и задействования заложенных в системе управления у комбозатвора алгоритмов работы. То же самое касается и открытия. Не зря же комбозатвор на языке ГОСТа – это п.3.2.4 невозвратно-управляемая арматура – обратная арматура с дополнительными возможностями. При этом некоторые из комбозатворов, как, например, модели фирмы HYDROMAT (Хорватия), имеют еще одну дополнительную функцию регулирования потока, к слову, такие мультиарматуры, как оказывается, не охватываются ГОСТом 24856-2014, определение, наиболее полно их описывающее в современном ГОСТ «Трубопроводная арматура. Термины и определения» 11-летнней давности, отсутствует.

Четвертый недостаток обратных затворов в сравнении с комбо выявляется при пуске насосов. Комбозатвор предоставляет возможность открытия только после набора определенного давления, предоставляет возможность для стравливания воздуха из трубопровода после ремонта через воздушный клапан. Время открытия у комбоарматуры можно регулировать в определенном диапазоне, что недоступно при использовании обратного затвора в принципе.

Другие недостатки классического решения сводятся к экономии на капитальных затратах при приобретении комбо (комбозатвор одинакового с обратным затвором качества всегда будет несколько дешевле, чем обратная арматура + запорный дисковый затвор), экономии на фундаменте, размерах здания насосной станции, экономии на монтаже; в том числе на приспособлениях для более легкого монтажа/демонтажа (мы про демонтажные вставки). Отметим также, что вероятность выхода из строя у одной арматуры всегда будет ниже, чем у двух арматур сравнимого качества, как гласит теория вероятностей и математическая статистика.

Именно по этим причинам, прежде всего по причине актуальности повестки повышения энергоэффективности процессов и оборудования, комбоарматура стала очень популярной в последние десятилетия.

Помимо графика зависимости угла открытия диска от скорости потока рабочей среды, мы попросили двух изготовителей рассчитать для своих обратных затворов Ду3000 угол открытия для разных скоростей потока. Результаты налицо: при скорости потока жидкости 2 м/сек, по расчетам Изготовителя 1, его обратный затвор Ду3000 (с рычагами, грузами и ж демпферами) откроется совсем немного, можно даже сказать, что будет практически закрыт. И даже при 4 м/сек потока обратная арматура будет открыта не более чем на половину! Собственно, если проектировщики брали в свои расчеты только КВУ арматуры, они, расчеты, будут далеки от истины. Также коэффициент сопротивления Zeta теоретический (расчетный, при полностью открытой арматуре) и реальный будут очень сильно отличаться.