Фев 25, 2021
 
Сейнов С.В. – президент-научный руководитель НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС», д.т.н, профессор, академик РАПК,
Гошко А.И. – главный эксперт НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС», к.т.н., доцент,
Сейнов Ю.С. – генеральный директор НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС»
 
2. Идеология герметизации
(Продолжение, начало в Часть 1  Часть 2)
 
Характер взаимодействия элементов уплотнений с целью достижения заданных норм герметичности затвора (по ГОСТ 9544-2015 «Норма герметичности затвора Q: максимально допустимая утечка в затворе арматуры) закладывается при проектировании арматуры. Она определяется заданными условиями и принятыми базовыми положениями. Важнейшими из них являются:
1) функциональное назначение арматуры в местах ее установки в трубопроводной системе;
2) функциональная и технологическая обоснованность принятой идеологии достижения герметичности в затворе (силовая или размерно-геометрическая);
3) эксплуатационные свойства конструкции, выраженные в способности сформировать и сохранять в заданном диапазоне возможные изменения исходных размерно-геометрических параметров уплотнений затвора при действии нагрузок в течение времени их эксплуатационного воздействия.
 
Чем более высокие требования предъявляются к арматуре по герметичности (ГОСТ 52720 «герметичность: способность арматуры и отдельных ее элементов и соединений препятствовать газовому или жидкостному обмену между разделенными средами), тем больше проблем возникает при изготовлении.
 
Если строго руководствоваться требованиями современной конструкторской документации на арматуру, то факт достижения заданной нормы герметичности можно отнести к случайному событию. В производственной практике производителей арматуры и ремонтников неосознанно выработалась незанесенная в техническую документацию совокупность технологических переходов и операций, а также и метрологических оценок, приводящих к достижению положительного эффекта. Именно они являются для каждого изготовителя определяющими, своеобразным «ноу-хау» в достижении герметичности, а не требования к параметрам уплотнений и силовым воздействиям на них, определенных в конструкторской документации.
 
Основная причина неопределенности, конструкторских и технологических противоречий заключается в продолжающемся использовании при проектировании арматуры устаревшей идеологии герметизации, разработанной в 50-е годы прошлого столетия. В ее основе заложены силовые принципы, выраженные «удельным давлением герметизации» [4]. Это означает, что для обеспечения герметичности в соединении должны быть созданы такие контактные давления, которые создадут условия, препятствующие проникновению среды через межконтактное пространство. При этом состояние контактирующих поверхностей остается, строго говоря, без какого-либо регламентирующего внимания.
 
В аналитическом виде идеология герметизации на основе «силового принципа» может быть представлена следующей системой эмпирических выражений.
 
Условие обеспечения герметичности - давление герметизации
qy – qкр.г  ≥ 0
 
А. Достижение условия - силовое управление затвором
 
 
Б. Достижение условия - контактные давления в уплотнении затвора
 
 
 
Здесь: qy - контактное давление в уплотнении; qкр.г. - критическое давление герметизации; Pуп - усилие управления затвором; q - номинальное контактное давление; Pуп - номинальное усилие на затвор; S - площадь контакта; P - давление среды; μ - коэффициент трения, n и m эмпирические коэффициенты.
 
Анализ силовой идеологии обеспечения герметичности, проводимый на основе представленной системы эмпирических зависимостей приводит к заключению о некоторой её некорректности. Это связано с определенной «вольностью» в оценке ожидаемого диапазона контактных деформаций в уплотнениях при силовом их взаимодействии, а значит и значительном сближении поверхностей, управляя тем самым геометрией межконтактного пространства. Такой подход противоречит многочисленным исследованиям известных ученых: Крагельского И.В., Демкина Н.Б., Левиной З.М. и других [4, 5, 6].
 
Рассмотренная идеология и ее воззрения не только довлеют над методологией конструирования герметизирующих соединений арматуры, но и являются в настоящее время, по мнению авторов, одним из главных факторов, препятствующих технологическому и метрологическому развитию производства и ремонта арматуры. Отказ от старой идеологии, развитие, совершенствование и широкое использование новой современной, базирующейся на физических закономерностях движения жидких и газообразных сред в ограниченных пространствах в сочетании с размерно-геометрической оценкой межуплотнительного пространства, и только после этого использование силового воздействия, позволяют не только управлять процессом технологического достижения герметичности, но и сохранять во времени герметизирующую способность затвора. Все это экономически выгодно как производителям арматуры, так и ее потребителям, на объектах которых проявляются в течение всего времени эксплуатации герметизирующие свойства затвора.
 
Указанная выше характеристика современной идеологии, получившей название «физико-геометрический принцип» обеспечения и сохранения герметичности во времени может быть аналитически представлена в следующем виде [1].
 
Условие обеспечения герметичности - пропускная способность межуплотнительного пространства
 
 
Достижение условия  - размерные параметры межуплотнительного пространства
 
Здесь:
F - пропускная способность межуплотнительного пространства, характеризующая его материально-энергетический баланс как F = f (Фс, Rм, τ) ≥ 0;
Фс = f (P, T, M, U, g, ν, η, ρ, c) - комплекс физических составляющих, характеризующих агрегатное состояние транспортируемых (испытательных) сред;
Rм= f (h, b, ℓ, H, A, a) - комплекс геометрических характеристик межуплотнительного пространства;
τ - время воздействия среды на уплотнение;
Fy - пропускная способность уплотнения;
Fкр - пропускная способность уплотнения критическая;
Rм(кр) - комплекс геометрических характеристик межуплотнительного пространства критический;
(Δ0), (Δ1), (Δ2), (Δ3), (Δ4)- текущие значения метрических параметров поверхностей уплотнений;
(Δ0)ф , (Δ1)ф , (Δ2)ф , (Δ3)ф , (Δ4)ф - функциональные (допустимые) значения метрических параметров поверхностей уплотнений выбранной конструкции затвора.
 
Анализ представленной системы аналитических зависимостей «физико-геометрического принципа» обеспечения герметичности показывает взаимосвязь совокупности факторов, характеризующих как агрегатное состояние транспортируемых (испытательных) сред, так и состав параметров, образующих при контакте межуплотнительное пространство. Именно они, взаимодействуя, обеспечивают возможность конструктивно-технологического управления процессом герметизации.
 
Физико-геометрический принцип в идеологии обеспечения герметичности будет являться основой дальнейшего рассмотрения условий контактного взаимодействия элементов уплотнений затвора. Учитывая, что наиболее жесткие требования по герметичности предъявляются к запорной арматуре, последующий анализ будет проводиться над объектами, отнесенными к типу запорной арматуры.
 
ЛИТЕРАТУРА:
2. Гошко А.И. Арматура трубопроводная целевого назначения. В 3-х кн. М.: Машиностроение, 2003. 992 с.
4. РМЗ-62. Руководящий технический материал. Приложение к силовым расчетам запорной арматуры (СТ-ЦКБА 086-2010 Арматура трубопроводная. Технические данные и характеристики для силовых расчетов арматуры).
5. Трение, изнашивание и смазка (под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина). М: Машиностроение, 1978. - 400 с.
6. Демкин Н.Б. «Контактирование шероховатых поверхностей». М: Изд-во АН СССР, 1970.
7. Левина З.М., Решетов Д.М. «Контактная жесткость машин». М: Машиностроение,1971.