Ноу-хау челябинских ученых в области арматуростроения покоряет мировые рынки

В 2010 году на базе  Южно-Уральского государственного университета было создано малое инновационное предприятие ООО «Проектная группа «Уральское арматуростроение» (ПГ «УралАрм»). Его разработки уникальны не только для России, но и для Запада. Под научным руководством доктора технических наук Михаила Михайловича Тверского группа ученых вуза разработала не имеющее мировых конструктивных аналогов устройство  запорно-регулирующих шаровых кранов с двумя затворами. За этим сложным названием кроется техническое решение, без которого сегодня и в быту, и в промышленности нерационально расходуется очень много ресурсов. О сути и уникальности ноу-хау мы поговорили с директором ПГ «УралАрм», руководителем  проекта Владимиром Андриановым.

Можно ли снизить стоимость и сохранить качество одновременно? Можно!

Сегодня шаровые краны используются в быту и промышленности повсеместно. Но что это такое? Разберемся с терминами. Шаровой кран представляет собой  корпус и  помещенный внутри подвижный запирающий элемент в форме шара. Корпус может быть любой формы и размера в зависимости от его назначения, а подвижный элемент – одинаков: это шар, обрезанный с двух противоположных сторон и закрепленный в седлах (уплотнительных кольцах). В шаре также есть сквозное отверстие, через которое и проходит поток жидкости или газа. Чтобы открыть или остановить подачу рабочей среды, необходимо совершить поворот ручки крана на 90 градусов, посредством чего шаровой элемент устанавливается в нужное положение.

Вот так, каждый день открывая и закрывая кран, мы осуществляем поворот этого самого не видимого шара, от которого зависит возможность подачи или перекрытия воды без каких-либо протеканий. Именно эта деталь стала центральным объектом исследований ученых кафедры «Автоматизация механосборочного производства» ЮУрГУ, работа которых началась еще в 2004 году.

Для повышения конкурентоспособности авторской оригинальной конструкции кранов, ученые поставили перед собой задачу сделать производство шаровых деталей максимально дешевым, но без потери качества. Для этого они разработали новую технологию создания биметаллического (двухслойного) шара, которая позволяла сэкономить на материале, не снижая при этом качества изделия. Они сохранили, но сделали очень тонкой, наружную поверхность шаровой детали, выполнив ее из коррозионостойкой стали. Внутренний слой был сделан из обычной, дешевой  углеродистой стали. Благодаря этому деталь сохраняла прочностные и жесткостные свойства, но при этом становилась в разы дешевле. Качество не снизилось, зато в разы уменьшилась стоимость детали. Задача была выполнена. Но это было только начало.

Прежде чем рассказать о ноу-хау челябинских ученых, несколько слов о руководителе проекта – Владимире Андрианове. Еще студентом факультета «Двигатели, приборы, автоматы» ЧПИ Владимир Николаевич впервые узнал, что такое биметаллические конструкции. В то время этот материал применялся только в ракетостроении. И работать с ним приходилось только с помощью особых технологий, что, естественно, повышало стоимость материала. Тогда и помыслить не могли, что биметалл будет применяться в производстве гражданской продукции.

Но время шло. В 90-ые годы пришлось в корне менять сложившиеся принципы работы в соответствии с требованиями рыночной системы. Тогда ученые Челябинского государственного технического университета (так ЮУрГУ назывался в то время), в том числе, Владимир Андрианов, начали разработку дешевого способа создания  биметаллических материалов для решения потребительских задач.

К концу 90-ых шаровые краны уже стали очень популярны. Правда, выполняли они только запорную функцию, что не позволяло регулировать поток пропускаемой через кран рабочей среды. Для этого необходимо поворачивать шаровой элемент частично. Но тогда «оголялись» седла – уплотнительные кольца по бокам шаровой детали, выполненные из фторопласта или тефлона. В промежуточном положении шара эти мягкие материалы буквально вымывались частицами, содержащимися в рабочей среде, например, водопроводной воде, которая, как известна не отличается чистотой. Из-за этого нарушалась герметичность затвора, и кран становился непригодным для дальнейшей эксплуатации.

Тогда-то и появилась задача придать шаровым кранам регулирующую функцию. Задача, над которой вот уже не первое десятилетие бьются арматуростроители всего мира. Однако пока никому так и не удалось найти хорошего решения в конструкциях кранов с одним затвором. А вот у челябинских ученых возникла интересная идея: создать двойной шаровой затвор. Они предложили поместить в основную шаровую деталь еще один элемент в форме полого соосного шара. Именно этот внутренний элемент и должен был регулировать поток. А наружный шар либо в открытом, либо в полностью закрытом положении при этом защищает мягкие уплотнения, не давая им выходить из строя на протяжении всего срока службы крана. При таком устройстве шарового затвора кран имеет очень высокую пропускную способность: она более чем в два раза выше, чем у лучших мировых аналогов. Полнопроходность затвора также позволяет проводить чистку трубопроводов без демонтажа крана.

Шаг в копилку технического развития цивилизации

Применение двойного шарового затвора, выполненного по уникальной технологии, возможно не только в быту. Да это и не было главной задачей. Ученые изначально были нацелены на более крупные масштабы. Тепло-, газоснабжение, нефтяная промышленность, производство мобильных жидкосодержащих систем – новая разработка будет востребована везде. «Представьте себе пожарников, которым необходимо мгновенно открывать и перекрывать или очень быстро дозировать поток воды,  направляя его на очаг возгорания, – объясняет Владимир Андрианов. – От пропускной способности системы пожаротушения и простоты ее работы зависят жизни людей. Запорно-регулирующий шаровой кран позволяет в минимальный срок подавать воду и повторно быстро заправлять пожарную машину». И наоборот, бывает, что заполняемая емкость переполняется из-за того, что не удалось вовремя остановить поток, и жидкость расходуется почем зря. Регулирующий кран безо всяких сложных систем позволяет снижать напор потока по мере заполнения емкости, а это значит – снова экономия.

Разработка конструкции уже реализована в различных модификациях, которые позволяют регулировать поток. Это может быть кран, который управляется вручную, – для потребителей холодной и горячей воды в квартирах. Второй вариант – это регулирование при помощи электропривода, востребованное в промышленности, в области ресурсосберегающих технологий.

Одна из наиболее распространенных тенденций сегодня – это так называемые «умные» дома. В них также могут применяться шаровые запорно-регулирующие краны. В этом случае они становятся основным исполнительным элементом: обеспечивают подачу, например, горячей воды в батареи в зависимости от того, насколько стало холодно на улице и какая температура комфортна для потребителя. В данном случае кран с двойным шаровым затвором дополняется электроприводом, который позволяет  осуществлять регулирование автоматически.

Еще одно преимущество данной разработки – ее небольшие размеры. Запорно-регулирующие шаровые краны с двумя затворами позволяют заменить целую систему из двух-трех последовательно соединенных между собой элементов. Владимир Андрианов называет это шагом в копилку технического развития цивилизации: «Сегодня всё стремится к упрощению и минимизации. Так и мы, в данном случае, маленьким куском железа можем пропустить очень много жидкости. Ведь шаровые краны используются не только в быту, в домашних условиях, но и на промышленном производстве, где работают огромные конструкции, отдельные элементы которых – больше роста человека. Уменьшение габаритов и упрощение монтажа трубопроводных систем снова позволяет нам достичь значительной экономии».

Различные модификации запорно-регулирующих кранов нового поколения (слева направо):
- с ручным приводом;
- с ручным приводом и с регулированием с помощью электропривода;
- с автоматизированным управлением электроприводом как для запирания, так и для регулирования. 

Выход на мировой рынок

Но просто создать новинку, пусть и не имеющую конструктивных аналогов в мировом производстве, мало – необходимо продвигать ее на рынке и довести до потребителя. Так ученому Владимиру Андрианову пришлось осваивать основы администрирования и заниматься продвижением нового продукта. Став директором ПГ «УралАрм», он начал налаживать связи с другими предприятиями. Сначала с российскими:  ОАО «Радиозавод» (г. Кыштым), ООО «Сферо-инструментальный центр» на базе Завода им. Колющенко и др. Но главной целью было продвижение уникальной конструкции на мировом рынке. Однако в свете внешнеполитических событий последних месяцев сотрудничать с европейскими или американскими производителями оказалось крайне затруднительно. Зато свои двери радушно открыл рынок Китая.

Сотрудничество с азиатскими производителями выгодно по многим причинам. Они готовы взяться за производство той или иной разработки и вложить в это все имеющиеся у них ресурсы, если увидят действительно стоящую идею. «Таким образом, они удовлетворяют свои интересы, а мы получаем в достаточном количестве недостающие детали, – продолжает Владимир Андрианов. – Дело в том, что сейчас в России невозможно на современном технологическом уровне изготовить некоторые элементы, необходимые для шарового крана, например, его корпус. Изделия промышленного типа в больших количествах в нашей стране просто не производятся. Для этого нет технологии миллионных тиражей, которая позволила бы производить эти детали массово, но дешево. А в Китае они есть».

Кстати, в советское время дело обстояло совсем по-другому: страна насыщала свой внутренний рынок и производила промышленные изделия в огромных количествах. Когда же в Россию хлынул поток импортного товара, средства производства просто перестали производить.

Сегодня эта проблема решаема. Договоренности с предприятиями Китая позволят наладить производство недостающих деталей в необходимом количестве. Окончательная сборка крана будет осуществлять в России. А ученые в это время смогут спокойно заниматься исследовательской работой, продолжая совершенствовать изделие и внедрять новые инновации. «Нам нужно чтобы, наша разработка работала и приносила пользу, и мы смогли бы занять свои позиции на мировом рынке, взаимодействуя с теми, кто готов платить нам за научно-исследовательскую работу, а производственные процессы поручать кому-то другому,» – описывает Владимир Андрианов свое видение ситуации.

В начале октября 2014 года в ходе делового визита на VII Петербургский международный инновационный форум и XVIII международную выставку «Российский промышленник – 2014» было подписано соглашение о сотрудничестве ООО «ПГ «УралАрм» с ООО «Завод деталей трубопроводов «Реком» (Санкт-Петербург) и намерении совместного производства нового поколения запорно-регулирующих шаровых кранов в северо-западном регионе страны. На данный момент у предприятия ООО «ПГ «УралАрм» также есть ряд договоренностей с китайской стороной. В ближайшем будущем – участие в международной инновационной конференции в Шанхае и подписание конкретных договоров.