Некоторые направления патентования корпусов штампосварных клиновых задвижек для магистральных трубопроводов предприятий атомной, тепловой энергетики, нефтегазовой промышленности

Аннотация

А.С. Васильев, И.Р. Шегельман, П. О. Щукин, Суханов Ю. В.

Дата поступления статьи: 31.01.2014

Выполнен патентный поиск и приведены направления патентования корпусов клиновых штампосварных задвижек для запорной арматуры атомных электростанций, теплоэнергостанций и для магистрального трубопроводного транспорта

Ключевые слова: атомные электростанции, арматуростроение, трубопроводная арматура, запорная арматура, клиновая задвижка, магистральный трубопроводный транспорт

05.02.08 - Технология машиностроения

Опыт реализации постановления Правительства РФ от 09.04.2010 г. № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства» ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет» (ПетрГУ) показал, что такое сотрудничество – эффективный путь к формированию новой интеллектуальной собственности [1 - 7] и др.
ПетрГУ участвует в реализации проекта «Создание высокотехнологичного производства шиберных и клиновых штампосварных задвижек для предприятий атомной, тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли с применением наноструктурированного защитного покрытия», реализуемого на основе договора ЗАО «АЭМ-технологии» с Минобрнауки России от 23.05.2013 № 02.G25.31.0031 и соответствующего договора ЗАО «АЭМ-технологии» с ПетрГУ [8 - 9].
Широкое распространение в числе видов запорной трубопроводной арматуры получили клиновые задвижки, благодаря своим достоинствам: незначительному гидравлическому сопротивлению при полностью открытом проходе, простоте обслуживания, возможности подачи сырья в любом направлении и др. [10]. Оценка направлений патентования технических решений на конструкции штампосварных корпусов клиновых задвижек для магистральных трубопроводов предприятий атомной, тепловой энергетики, нефтегазовой промышленности выполнена на основании патентного поиска [11 - 12]. Анализ позволил выделить следующие патенты.
Штампосваной корпус задвижки одного условного прохода может быть выполнен на одно определенное давление или на ряд различных давлений. Например, повышение жесткости конструкции (патент № 1247604 «Штампосварная задвижка для трубопровода», патент № 1555582 «Корпус штампосварной задвижки») при минимальной металлоемкости и высокой технологичности в условиях крупносерийного производства и патент № 819475 «Штампосварная задвижка для трубопровода».)
В патент № 2292506 «Запорная арматура» направлен на создание универсальной запорной арматуры, независящей от цельной или разъемной конструкции арматурного корпуса, который позволяет управлять всем возможным диапазоном давления. В патенте № 107564 «Сварной корпус задвижки» задачей является создание конструкции сварного корпуса из стандартного стального проката для изготовления в условиях единичного производства. В патенте № 2290557 «Клиновая задвижка» предложена конструкция клиновой задвижки с деталями корпуса, выполненными из ограниченно свариваемых или несвариваемых материалов. Патент № 2445541 «Трубное соединение с корпусом арматуры» направлен на создание прочного на вытягивание муфтового трубного соединения корпуса задвижки с трубопроводом.
В полезной модели № 104990 RU задачей является создание задвижек способных выдерживать многократные замерзания и оттаивание во внутренних полостях проводимой среды без разрушения корпусных деталей, т. е. без потери своей работоспособности. Патентом № 356406 предлагается техническое решение, позволяющее после перекрытия трубопровода автоматически производить слив остатков рабочей среды, исключая протечки между уплотнительными поверхностями корпус задвижки. Следует отметить патент GB № 922248 «Improvements in and relating to fluid flow control valves and a method of manufacturing such valves» и патент CN № 1217441 «Gate valve», которым предложена конструкция, направленная на повышение износостойкости и коррозионной стойкости при действии повышенных температур.
При изготовлении клиновых задвижек со штампосварным корпусом неизбежно применяют операцию сварки для соединения корпусных деталей, при ошибках в проектировании узлов сварки, выборе технологии сварки, возможны: появление трещин в седле, обусловленное утяжкой сварного шва, которая выявляется при металлографическом контроле качества шва на шлифах после разрезки узла сварки на пробных контрольных сварных соединениях; щелевая коррозия в процессе эксплуатации по поверхности контакта корпуса и седла; высокий коэффициент гидравлического сопротивления из-за кольцевых проточек под сварной шов.
Вопросу сварки посвящена полезная модель № «Узел сварки корпуса и седла трубопроводной арматуры», в которой решается задача по исключению появления трещины в седле после сварки и щелевой коррозии в процессе эксплуатации без усложнения конструкции узла.
Особое внимание уделяются материалам для изготовления клиновых задвижек. Например патентом № 918325 предлагается лигатура, введение которой в сталь, позволит получать стали и наплавочные материалы, повышающие сроки службы и надежность работы трубопроводной арматуры (клиновых задвижек), работающих при давлении до 150 кгс/см2 в нефтепродуктах. Это по мнению авторов данного изобретения ведет к сокращению затрат на ремонт и восстановление узлов арматуры на 40 %. В патенте № 572526 предлагается решение задачи по повышению износостойкости и коррозионной стойкости обрабатываемой стали. Использование предложенной лигатуры позволяет повысить срок службы и надежность работы клиновых задвижек, в различных средах химического производства.
По трубопроводу в качестве рабочей среды могут транспортироваться различные агрессивные среды, поэтому, материалы, используемые при изготовлении трубопроводной арматуры и клиновых задвижек, в частности, не должны разрушаться в результате химического воздействия транспортируемой агрессивной рабочей среды. Для защиты от коррозии внутренней поверхности клиновых задвижек предложен патент № 2260072 «Способ катодной защиты от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры и устройство для его осуществления», направленный на катодную защиту от коррозии внутренних поверхностей трубопроводной арматуры, экономное и целесообразное расходование ресурса анодов, симметричную, равномерно распределенную по плотности тока защиту отдельных частей внутренней поверхности арматуры, простоту и несложность монтажа деталей устройства в трубопровод. Конструкции задвижек, обладающих высокими стойкостью к коррозии, предложены патентами CN № 202125629 «Pipeline gate valve» и CN № 201944317 «Corrosion-resistant gate valve». Патентом CN № 201909054 «Lining wedge type gate valve» предложена клиновая задвижка, обладающая высокой коррозионной стойкостью, длительным сроком службы и высокой степенью герметичности.
Результаты исследований могут быть использованы при выборе направлений создания корпусов штампосварных клиновых задвижек.
Настоящая работа подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской федерации по договору № 02.G25.31.0031 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. Воронин, А. В., Шегельман, И. Р., Щукин, П. О. О стратегии повышения инновационного взаимодействия университетов с промышленностью [текст] // Перспективы науки, 2013, № 6(45). – С. 5-8.
2. Шегельман, И. Р., Щукин, П. О. Интеграция инновационного взаимодействия вуза и отечественного машиностроительного предприятия при реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства [текст] // Глобальный научный потенциал, 2011,  № 8. – С. 136-139.
3. Шегельман, И. Р., Щукин, П. О., Васильев, А. С. Специфика комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках интеграции университета и машиностроительного предприятия [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2012, № 3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/905/ (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
4. Shegelman, I. R, Shchukin, P. O. Environmentally safe transportation and packaging unit for transportation and storage of spent nuclear fuel [Электронный ресурс] // Baltic Rim Economies, 2012, № 4. – Режим доступа: http://www.tse.fi/EN/units/specialunits/pei/economicmonitoring/bre/Pages/default.aspx (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
5. 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 [текст] // Nuclear Physics and Atomic Energy Volume 14, Issue 1, 2013. – Pp. 33-37.
6. Шегельман, И. Р., Щукин, П. О., Васильев, А. С. Специфика комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках интеграции университета и машиностроительного предприятия [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2012, № 3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/905/ (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
7. Шегельман, И. Р., Щукин, П. О. Интеграция инновационного взаимодействия вуза и отечественного машиностроительного предприятия при реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства [текст] // Глобальный научный потенциал, 2011, № 8. – С. 136-139.
8. Шегельман, И. Р., Корчагин, М. В., Колесников, Г. Н., Щукин, П. О. Специфика проекта по созданию высокотехнологического производства шиберных и клиновых задвижек для предприятий атомной, тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли [текст] // Перспективы науки, 2013, № 8(47). – С. 103-105.
9. Шегельман, И. Р., Васильев, А. С., Щукин, П. О. Некоторые аспекты проектирования запорной аппаратуры для предприятий атомной, тепловой энергетики и нефтегазовой отрасли [текст] // Наука и бизнес: пути развития, 2013, № 8(26). – C. 94-96.
10. Иванова, Е. К. Совершенствование методики прочностного расчета деталей клиновых задвижек с учетом параметров технологического потока [текст]:дис. канд. техн. наук: 05.02.13 / Иванова Екатерина Ивановна. – Уфа, 2008. – 124 с.
11. 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 [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1827 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
12. Шегельман, И. Р., Васильев, А. С., Щукин, П. О. Патентный поиск в области конструкций запорной арматуры для АЭС, ТЭС и для магистрального трубопроводного транспорта [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1770 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.