Опыт производителя трубопроводной арматуры «ЧелябинскСпецГражданСтрой»
Группа компаний LD уже больше 15 лет производит трубопроводную арматуру для теплогенерирующих и теплоснабжающих предприятий, среди которых «Т Плюс», «Фортум», «МОЭК». Продукция LD должна отвечать самым высоким требованиям, ведь от ее качества зависит безопасность и бесперебойность подачи тепла в миллионы домов по всей стране.
Николай Широбоков, начальник технического отдела «ЧелябинскСпецГражданСтрой» (входит в группу LD), рассказал, как на предприятии за короткие сроки организовали производство новой продукции и как использование системы КОМПАС-3D помогло избежать преждевременного изнашивания арматуры.
Один из популярных видов трубопроводной арматуры — дисковый затвор.
Дисковый поворотный затвор, в котором запирающий элемент, имеющий форму диска, поворачивается вокруг своей оси перпендикулярно или под определенным углом по отношению к потоку рабочей среды. Дисковый затвор применяется в сетях отопления и водоснабжения, в нефтехимической промышленности. Изделие работает с агрессивными и абразивными средами в широком разбеге температурных режимов и уровней давления.
В 2016 году инженеры нашего предприятия приступили к разработке собственной конструкции дисковых затворов.
Сбор информации и анализ существующих конструкций
На начальном этапе мы изучили различные конструкции затворов (с центральной осью, с двойным и тройным эксцентриситетом) отечественного и зарубежного производства, а также нормативную документацию, которая регламентирует требования к этому типу арматуры. На этом этапе приняли решение проектировать затворы именно с тройным эксцентриситетом и уплотнением «металл/металл».
Концептуальный эскиз нового изделия
Поворотные затворы с тройным эксцентриситетом обладают эллиптической конструкцией уплотнения, а контур уплотнения является частью поверхности конуса, чья ось наклонена относительно оси, перпендикулярной диску и проходящей через ее центр.
Геометрия уплотнительной поверхности затвора
Схема смещения осей затвора
- 1-й эксцентрик перемещает ось вала относительно оси поверхности уплотнения
- 2-й эксцентрик перемещает ось вала относительно оси затвора
- 3-й эксцентрик перемещает поверхность уплотнения конической формы относительно оси конуса, изменяемой углом „α".
Первым в разработку был запланирован дисковый затвор Ду500. На основе требований нормативной документации были определены габаритные характеристики конечного продукта: наружный диаметр корпуса затвора и строительная длина. Затем мы рассчитали минимальные толщину стенки и диска, диаметр шпинделя, а также количество и толщину колец уплотнения.
Все проектирование затвора проводилось в системе КОМПАС-3D. Проектный эскиз мы строили в двухмерном режиме. На этом этапе, исходя из имеющихся данных, прорисовали упрощенную схему затвора и определили необходимые эксцентриситеты.
Особенность дисковых затворов с тройным эксцентриситетом состоит в том, что при закрытии диск должен соприкасаться с седлом в последний момент и сразу всей уплотнительной поверхностью. Это можно проверить, создав в 2D-режиме макроэлемент и повернув его вокруг предполагаемой оси на малые углы.
Убедившись, что элементы не пересекаются, можно переходить к следующему этапу.
Предварительная компоновка
При проектировании изделий в КОМПАС-3D мы использовали смешанную методику. Сначала «разбили» изделие на основные элементы по методике нисходящего проектирования. Для этого в контексте основной сборки создавали подсборки основных составных частей (корпус, диск). Далее каждая из них прорабатывалась отдельно. Полученная общая сборка дополнялась остальными элементами по методике восходящего проектирования, т. к. большая часть из них была заимствована из готовых баз данных (например из справочника Стандартные изделия) или они были покупными изделиями, модели которых мы запрашивали у поставщиков, затем импортировали их в КОМПАС-3D и вставляли в состав сборки. Таким образом, мы смогли спроектировать новый продукт, используя уже готовые решения и расходуя меньше времени.
Проектирование технологической оснастки
Проектирование оснастки также значительно упростилось во многом благодаря КОМПАС-3D. Нам требовались присоединительные размеры станка и модель готовой детали. Остальную часть конструкции мы смогли быстро получить по методике проектирования «сверху вниз».
Создание рабочих чертежей и спецификаций
Следующий этап — создание рабочих чертежей и спецификаций. КОМПАС-3D позволяет автоматически получить двухмерные чертежи и деталировки из трехмерной модели, а спецификацию — на основе 3D-сборки. Это очень удобно, поскольку сохраняется связь чертежа и модели и, следовательно, требуется меньше времени на корректировки. Еще одно удобство заключается в соответствии российским ГОСТ и в наличии множества шаблонов типовых значений и текста технических требований.
Опытная сборка и квалификационные испытания
После выполнения всей конструкторской документации мы приступили к изготовлению опытного образца. Когда все детали и узлы были готовы, запустили опытную сборку.
Сборка прошла в штатном режиме. При проверке работоспособности затвора для начала решили посмотреть, как он будет открываться и закрываться. Открыли – все в порядке. Пробуем закрыть… И вот тут мы столкнулись с проблемой. Оказалось, что при закрытии уплотнение зацепляется за кромку седла в области горловины и нижней опоры. В результате повреждается уплотнительная поверхность диска и теряется герметичность затвора.
Разобраться в вопросе нам также помог КОМПАС, а именно его команда «Проверка пересечений», которая позволяет обнаружить места пересечений компонентов сборки. Для проверки была создана упрощенная модель, состоящая только из корпуса и диска. Проверку проводили при различных углах открытия диска.
В результате выяснилось, что при углах открытия менее 10° модели диска и корпуса действительно пересекаются в местах, соответствующих реальным замятиям.
«Команда "Проверка пересечений" существует давно. В КОМПАС-3D v19 мы переименовали её в "Проверку коллизий" и существенно переработали:
- теперь пересечения отображаются более наглядно
- вычисляется точный объём пересечения
- можно быстро найти все зазоры меньше заданного значения
- искать коллизии в резьбовых соединениях (например несоответствие шага резьбы в соединении)
- при проверке коллизий можно быстро скрыть всё окружение, т. е. оставить только проверяемую пару компонентов
- проверка может вестись как внутри одного набора объектов, так и между двумя наборами (проверка компонентов внутри набора не производится)
- параметры проверки можно сохранить, что упростит выполнение повторных проверок.
Таким образом, теперь конструкторы смогут гораздо быстрее и проще идентифицировать возможные коллизии».
Доработка конструкции
Использование параметрического проектирования с повторной проверкой пересечений позволило быстро переработать конструкцию затвора так, чтобы при отпирании и запирании затвор не задевал диском корпус. При такой конструкции соприкосновение в зоне уплотнения происходит в последний момент без дополнительного трения.
После переработки моделей деталей и правки чертежей мы изготовили и собрали второй опытный образец. При работе нового затвора замятия уплотнения уже не наблюдалось, и его передали на квалификационные испытания, которые подтвердили требуемые характеристики изделия. Исключив проблему истирания уплотнения, мы увеличили ресурс затвора.
Таким образом, в рамках программы по импортозамещению специалисты компании LD смогли наладить производство новой линейки продукции в короткие сроки — в том числе и благодаря использованию современных отечественных программных продуктов для проектирования. Сегодня завод «ЧелябинскСпецГражданСтрой» производит из отечественного сырья дисковые затворы в новом усиленном конструктиве от dn200 до dn1200. В компании LD считают постоянное совершенствование продукции частью стратегии.
Затворы LD уже установлены на многих трубопроводах крупных тепловых сетей, и наши партнеры смогли убедиться в их качестве, а мы, в свою очередь, гордимся тем, что помогаем обеспечивать дома теплом.
.svg)
.jpg)
.jpg)
