К началу двухтысячных годов, а особенно к концу первого десятилетия XXI века, в России начала складываться угрожающе катастрофическая ситуация с проектированием трубопроводной арматуры. И если в первые постсоветские годы на предприятиях еще существовала хоть какая-то преемственность в воспитании и подготовке молодых конструкторов более опытными, то с появлением новых производств (к сожалению, в большинстве своем гаражного типа с наполовину кустарным производством и аналогичным составом технических специалистов – часто только называемых конструкторами и технологами) ситуация резко усугубилась в худшую сторону и в последние годы идет стремительными темпами к деградации.
Лучше ситуация складывается только на предприятиях, акционеры и руководители которых успели привлечь специалистов, прошедших обучающую практику конструирования в постсоветский период у старшего поколения на старых заводах, построенных и развивавшихся еще в советское время и получивших за период работы определенный опыт. В основном на таких заметно выделяющихся на общем фоне предприятиях видно также стремление к освоению новых видов продукции, развитие и расширение производственных мощностей, постоянное повышение квалификации кадров и обучение. При этом бывшие гиганты арматуростроительной индустрии постепенно сдают позиции на рынке ввиду закостенелости мышления и отсутствия гибкости к требованиям рынка, что складывается из оттока молодых кадров при одновременном выходе на заслуженный отдых старшего поколения, «советской привычки» построения производственного процесса и, к большому сожалению, некоторой «звездливости» прошлого.
При этом даже на флагманах российского арматуростроения (не говоря уже о «гараже») встречаются отдельные специалисты, компетенция которых вызывает сомнение, а техническая грамотность – сожаление. Чего стоит одно только выражение о предназначении предохранительных клапанов: «…служат для предотвращения разрушения сосудов, находящихся под давлением, в случае импульсного повышения давления внутри сосуда, трубы, емкости…». И, к сожалению, таких вопиющих примеров и фактов можно привести достаточно за последнее десятилетие.
Не хотелось бы обвинять данных «специалистов» в технической безграмотности. На самом деле это вина руководителей и акционеров некоторых предприятий, экономящих денежные средства на оплату труда высококвалифицированных принципиальных специалистов и набирающих на их место не совсем подготовленных, но относительно дешевых и исполнительных работников, готовых идти на отступление от общетехнических норм и фактически занимающихся фиктивным проектированием в копировке конструкторской документации сторонних производителей. Жажда наживы на высокоэффективных и, соответственно, значительно дорогих аналогах изделий передовиков арматуростроения, при отсутствии достаточной квалификации имеющихся у них специалистов в проектировании, также толкает на различные ухищрения, которые в конечном итоге могут привести к выходу контрафактного изделия из строя или того хуже привести к трагедии.
Однако цели и задачи данной статьи не оскорбить или обличить кого-то, а определить причины ошибок и заблуждений для исправления угрожающей ситуации с попыткой внушения молодым кадрам к своему собственному стремлению к обучению и повышению квалификационного уровня, показать им основные и яркие примеры ошибок и заблуждений в процессе проектирования и конструирования изделий. Ведь качество выполняемой инженером-конструктором работы зависит от личных качеств и квалификации разработчика, а результат во многом зависит от опыта работы, знаний своей специальности, освоения специфики конкретного производства.
Как показывает практика, наилучшие результаты дает организация личной работы конструктора по углублению своих знаний. Работу в данном направлении необходимо вести постоянно и планомерно. Необходимо всегда помнить, что именно от работы конструктора, его умения применять свои знания и творческие способности в значительной степени зависит уровень и качество разрабатываемых изделий.
К сожалению, даже в настоящее время многие (и не только молодые) конструкторы путают или даже отождествляют понятия проектирование и конструирование. При этом первому понятию не уделяют должное внимание, а ведь именно оно, предшествуя второму, представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. А вот как раз при конструировании создается уже конкретная и однозначная конструкция изделия со взаимным расположением частей и элементов, определяющаяся его назначением.
К большому сожалению, при конструировании возникают ошибки, называемые скрытыми конструкционными, которые не обнаруживаются проверкой и, как правило, появляются в новых разработках, где применяется не проверенный практикой рабочий принцип или не имеется достаточного количества информации для внедрения уже известного принципа. В данных конструкциях общепринятые методы контроля и анализа не дают ответа на вопрос работоспособности и пригодности конструкции, а дают неправильный или искаженный.
Такие ошибки вызваны неверным направлением разработки и уже заложены в техническом задании на разработку или неверным определением функции применения проектируемого изделия.
В качестве примера типичных ошибок конструкции можно привести непредусмотренные места для относительного взаимного перемещения зубчатых реек, где необходима дополнительная подрезка мест штриховки (рис. 1, 2 и 3), или недостаточную длину зубчатой рейки с ее перемещением больше длины опоры (рис. 4 и 5).
Несомненно, в настоящих условиях компьютерного программного обеспечения специализированными продуктами для конструирования большинство конструктивных ошибок выявляются на стадии конструирования, однако приведенные примеры просты и даны только для пояснения, не отражают всего разнообразия. Таким образом, может возникнуть ситуация сложного конструктивного решения, содержащего в себе ошибку или целый комплекс взаимосвязанных ошибок.
Если же взять на рассмотрение проектирование и конструирование одной из рентабельных и относительно дорогостоящей продукции, а именно клапанов предохранительных, то здесь ситуацию, кроме как угрожающей, вообще больше никак не назовешь.
Очень часто мне приходилось слышать от некоторых производителей, что клапан предназначен фактически лишь для одной реальной аварийной сработки и надежда строится на том, что такой ситуации не возникнет и клапан вообще до конца срока службы не сработает. А если ситуация возникнет? А клапан не сработает? Ждем аварии?
Думаю, покупателям такой продукции стоило бы задуматься над приобретением по демпинговым ценам у таких горе-производителей. Все-таки предохранительный клапан и называется так, потому что предназначен для обеспечения безопасности (как последняя инстанция в случае отказа других систем защиты). Но почему-то движущей силой рынка в настоящее время является не логика и техническое мышление, а стоимость и надежда на авось.
Рассмотрим несколько важных и распространенных ошибок:
1. Большинство предприятий-«разработчиков» предохранительной арматуры не могут рассчитать пружину под новые клапаны. Пружины подбираются методом тыка или по аналогии. Естественно, причина кроется в описанном выше отсутствии у «гаражников» реальных специалистов по проектированию и конструированию.
2. Для различных технологических процессов необходимо применение тех или иных типов предохранительных клапанов. Для неопытных конструкторов разница между пропорциональным (рис. 6) и двухпозиционным (рис. 7) клапанами может показаться не столь значительной и в их понятии ею можно пренебречь. Или в крайнем случае убрать регулировочную втулку для настройки подъема золотника. При этом размеры золотника, высота подъема (а ведь она может быть еще и ограничена) и размеры проточной части корпуса остаются без изменений. Да такой клапан может не сработать ни в пропорциональном, ни уже и в двухпозиционном режимах!
Разница в этих клапанах не только в высоте подъема золотников, в отсутствии или наличии регулировочной втулки, а в принципе работы и, соответственно, своих расчетных размерах проточной части и затворного узла, влияющих на работу клапана в целом (рис. 8 и 9).
3. Большинство «гаражников» используют для производства клапанов конструкторскую документацию одного из старейших заводов, выпускавшего продукцию с середины прошлого века. Ситуация, конечно, прискорбна, но в большинстве своем, кроме головной боли нездоровой конкуренции, никому ничего не приносит. Однако в погоне за новшествами типоразмеров специалисты данных предприятий, не имея научного подхода к проектированию предохранительной арматуры, просто берут и пропорционально уменьшают или увеличивают размеры проточных частей, а также затворных узлов.
Внимание таких проектировщиков хочется обратить на тот факт, что в данном вопросе нет ни линейной, ни пропорциональной или какой-либо другой прогнозируемой зависимости. Есть четкие значения соотношений к условному проходу (номинальному размеру). И если для клапанов диаметром до 50 мм включительно зависимость размеров проточной части может идти в сторону увеличения, то эти же самые размеры для диаметров от 150 мм и выше могут иметь зависимость в сторону, наоборот, уменьшения. Для диаметров свыше 50 мм и до 150 мм зависимость может быть линейной. Затворные узлы могут иметь как раз таки обратную ситуацию по зависимостям. И это только для двухпозиционных клапанов.
Для проектирования и конструирования пропорциональных клапанов имеются свои, совершенно иные зависимости размеров, и подход здесь иной.
И не надо ни гадать, ни подбирать, ни вымудрять свое собственное. Необходимо просто четко знать методику и применять ее на практике.
4. В процессе подбора предохранительного клапана для конкретных нестандартных условий работы иногда возникает необходимость применения более узкого отверстия или, наоборот, широкого относительно стандартных значений.
При этом необходимо помнить, что с заужением или расширением отверстия меняются и параметры потока рабочей среды с изменением воздействия на запорный орган клапана. В этом случае необходимо применять вновь рассчитанную под данные параметры новую пружину, а не заниматься сомнительным подбором уже имеющихся для стандартного ряда клапанов.
5. В последнее время пошла тенденция на увеличение диаметров седел для увеличения расходных характеристик предохранительных клапанов. При этом некоторые конструкторы увеличивают минимальный диаметр вплоть до условного прохода (номинального размера).
Клапан с таким увеличенным седлом работать не будет, впрочем, как и с сильно зауженным. Для создания определенного напора на золотник для его подъема необходимо иметь конфигурацию, подобную седлу Лаваля и обеспечивающую как сброс необходимого расхода рабочей среды, так и работоспособность клапана в целом.
Чудес в технике не бывает. Все идет и работает только в соответствии с законами физики. Минимальные и максимальные диаметры седел имеют свои предельные значения, необходимые для стабильной работы предохранительных клапанов.
6. Также за последние годы стала расширяться линейка предохранительных клапанов и блоков предохранительных. К сожалению, некоторые проектировщики не уделяют должного внимания стандартизации размеров, что в конечном счете приводит в заблуждение потребителей и к последующим недоразумениям при возникновении обоснованных претензий.
Я не призываю к слизыванию конструкций одного предприятия у другого, но ознакомиться с размерами флагмана, который первым выставил на рынок новый диаметр или давление, считаю необходимым для стандартизации продукции у потребителя. Ознакомиться с габаритными размерами и взаиморасположением по общедоступному каталогу любого предприятия не составляет особого труда.
В качестве яркого примера можно привести замечательную конструкцию одного из предприятий, выпустившего блок предохранительных клапанов со своими строительными размерами. При всей бесспорности улучшенных характеристик изделие так и не пошло в серию, так как потребитель уже привык к устоявшимся размерам, а применение блоков с новыми привело бы к неразберихе ввиду отсутствия взаимозаменяемости или впоследствии к необходимости замены уже работающих. А это дополнительные и никому не нужные затраты средств и времени.
К сожалению, данный перечень ошибок основной, но далеко не полный. Для повышения квалификационного уровня инженера-конструктора необходима каждодневная работа с технической литературой и научными данными. Выборочные и нестабильно пополняемые данные не приведут к желаемому результату.
Разработка изделия, составными частями которой являются проектирование и конструирование, – это широко применяемый в технической литературе термин, и нередко он используется достаточно узко как синоним проектно-конструкторских или конструкторских работ. В действительности в разработку новых изделий входит ведение научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ с обязательными последующими испытаниями опытных образцов и следующими за этим корректировками.
Если проанализировать структуры разрабатываемых изделий, то можно легко убедиться, что существенно новых решений достаточно мало или их совсем нет. Объясняется это тем, что конструкторы, ставя перед собой цель развить и поднять конструктивный уровень, на большинстве предприятий занимаются решением одних и тех же проблем. Ежедневно происходит повторение одних и тех же конструкторских решений, несмотря на широкие информационные ресурсы.
Причина заключается в том, что у этих разработчиков отсутствует привычка изучать техническую информацию, а ведь ее роль в новых разработках огромна. Разработчик должен творчески перерабатывать имеющуюся научную информацию, технические решения, приспосабливая их к конкретным условиям.
В настоящее время нет изделий, которые не претерпевали бы существенных изменений ввиду требований рынка и новых технологий. Конструкции становятся более рациональными, а изделия улучшаются за счет совершенствования принципа их работы. Повышение потребительских качеств изделий, определяемых новым принципом работы, является движущей силой прогресса.
Но это не единственные подводные камни в конструкторских работах. Также мало значения уделяется научным исследованиям и реальным испытаниям, в большинстве случаев все ограничивается упрощенной методикой испытаний или вообще «обкаткой» 3D-модели на специализированной компьютерной программе.
Но никакое программное обеспечение не может заменить реальных испытаний железа. Оно может только облегчить труд конструктора при проектировании, но никак не заменит и не подтвердит работу образца, так как взаимодействует с идеальным материалом – графическим 3D-продуктом. А что в реальности произойдет со среднестатистически изготовленным клапаном с учетом всех возможных допусков, отступлений и даже допустимого брака?
Несомненно, необходимо обязательно и притом широко применять цифровое и математическое моделирование, но не в коей мере не заменять ими полноценных испытаний, приближенных к реальным условиям эксплуатации изделия.
Техника развивается по определенным законам, зависящим от технического потенциала и уровня производства, от достижений науки и т. д. При этом на передний план выдвигаются конкурентоспособные изделия. Малоэффективные изделия, работающие на базе устаревшей технологии, постепенно снимаются с производства, так как их изготовление и эксплуатация приводят к экономическим убыткам, а в результате к отставанию от передовых направлений развития техники и технологий.
Техника имеет множество путей возможного развития. Все они способствуют росту научно-технического потенциала, но не все направления развития имеют далекую перспективу. Хотя в какой-то конкретный период или в каких-то конкретных условиях могут дать единичный экономический эффект в определенных отраслях, все же могут тормозить развитие техники в будущем. Как правило, перспективу имеет один или несколько путей развития, способных решать множество проблем, которые будут возникать в будущем.
1. Таленс Я.Ф. Работа конструктора. – Л. – 1987. – С. 255.
2. Кондратьева Т.Ф. Предохранительные клапаны. – Л. – 1976. – С. 232.
3. Сурис П.Л. Предохранительные и обратные клапаны паротурбинных установок. – М. – 1982. – С. 192.
4. Гуревич Д.Ф., Заринский О.Н., Косых С.И., Тарасьев Ю.И., Щучинский С.Х. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: Справочник. – Д. – 1982. – С. 320.
5. Асеев О.И. СППК 6. Миф или реальность? // Вестник арматуростроителя. – 2020. – № 3 (59). – С. 10-12. Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 6 (62) 2020
