В 1981 году в Москве был организован МОИТТ - Московский общественный институт технического творчества. Уже с 1982 года занятия в нем проводились по двухлетней программе. Строгий отбор включал в себя несколько стадий. Осенью по советам ВОИР крупных предприятий рассылались двести приглашений пройти собеседование. На предприятиях отбирали молодых, азартных новаторов. По итогам собеседования с преподавательским составом МОИТТа их оставалось пятьдесят. Начало и конец каждого года обучения оформлялись как недельные выезды групп за пределы Москвы. На таких выездах занятия проводились в режиме "полного погружения". После недельного курса в двух учебных группах должно было остаться порядка сорока человек. Думаю, что именно такая форма организации отбора приводила к чрезвычайно низкому конечному отсеву - обычно до финиша доходили почти все из прошедших первую неделю обучения.
На первом курсе готовились "решатели", а на втором - "методисты", то есть люди, не только умеющие решать задачи самостоятельно, но и организовывать этот процесс. В группу второго курса набор проводился по рекомендациям и приглашениям преподавателей.
В процессе обучения на первом курсе каждый "Курсант" должен был сделать одно "учебное" изобретение, то есть подготовить заявку по теме, предложенной преподавателем, и одно изобретение "боевое", по своей тематике. Начиная с 1986 года появилась возможность решать задачи не только на своих предприятиях, но и в интересах "третьих лиц". Выпускники и преподаватели МОИТТа принялись организовывать ИРГ - исследовательские рабочие группы, и решать задачи на заказ. Некоторые из таких решений были приведены в книге "Техника ФСА", вышедшей в 1989 году. (Одно из них было приведено в материале "Задача о буровом иструменте Задача о буровом инструменте. Мы предлагаем вниманию читателя еще одну задачу.

Быстрый рост химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности вызывает необходимость разработки и изготовления большого количества различных конструкций трубопроводной арматуры. Выполняя во всех схемах, как правило, вспомогательные функции, трубопроводная арматура требует повышенного внимания как при изготовлении, так и при эксплуатации.

Особенно большую сложность вызывает конструирование аппаратуры, работающей на высоких и сверхвысоких давлениях рабочего продукта. В таких конструкциях особое внимание уделяется прочности корпусных деталей, надежности уплотнений, эрозионной стойкости деталей, непосредственно дросселирующих среду. Кроме того, трубопроводная арматура больших давлений является в схемах узким местом в прямом смысле. Так, например, в стандартном регулирующем вентиле (см рис 61), предназначенном для газообразных сред при давлении 1500 кг/см² и имеющем условный диаметр прохода 3 мм, вертикальное усилие на шток составляет 70 кг.

Для вентиля такой же конструкции, но имеющего условный диаметр прохода 32 мм, вертикальное усилие на шток превышает 7 т. Это приводит к большой металлоемкости вентиля, большим усилиям управления и т. д. В результате появляются крупногабаритные конструкции, имеющие привод от мощного электродвигателя и содержащие несколько механических понижающих редукторов. Время их работы непродолжительно, следовательно, большую часть времени вложенные в них затраты омертвлены. В связи с этим при проведении ФСА участка трубопровода высокого давления встал вопрос о снижении затрат на реализацию функции управления перекрытием потока среды.

При обсуждении стратегии действий на творческом этапе ИРГ оценивала два основных направления: реализацию функций создания крутящего момента с меньшими издержками; уменьшение усилий на штоке трубопроводной арматуры.

Было принято решение остановиться на втором варианте, так как большое усилие на штоке является основной причиной переусложнения арматуры.

Задача решалась с помощью упрощенного эвристического алгоритма, включающего в себя построение целевой функции, определение отрицательного эффекта, ТП, ИКР, ФП и его разрешение.

1. Целевая функция - регулирование потока рабочего продукта высокого давления (сжатого газа или жидкости).

2. Отрицательный эффект: запорный элемент оказывает значительноеусилие на шток, затрудняя тем самым управление устройством.

3. ТП: запорный элемент большого диаметра обеспечивает необходимый расход рабочего продукта, затрудняя при этом управление; запорный элемент малого диаметра обеспечивает легкое управление, но затрудняет перекачку среды.

4. ИКР: запорный элемент сам обеспечивает необходимый расход продукта и легкое управление устройством.

5. ФП:

а) запорный элемент должен иметь большой диаметр, чтобы обеспечить большой расход рабочего продукта;

б) запорный элемент должен иметь малый диаметр, чтобы оказывать слабое воздействие на систему управления (или вообще не оказывать воздействия).

Разрешение ФП. ФП можно разрешить: а) в пространстве; б) во времени; в) в отношениях.

6. Принципиальное решение

а) в пространстве:

запорный элемент должен иметь малый диаметр на штоке управления и большой диаметр, закрывающий поток рабочего продукта;

б) во времени:

во время закрытия и удержания запорный элемент имеет малый диаметр, во время открытия - большой (имеет смысл для затвора прямого действия);

во время закрытия и удержания запорный элемент имеет большой диаметр, во время открытия - малый (имеет смысл для затвора обратного действия);

в) в отношениях:

для потока рабочего продукта диаметр запорного элемента большой, для системы управления - малый.

8. Физическое решение

а) в пространстве:

запорный элемент состоит из двух частей; одна часть на штоке управления, другая закрывает седло;

б) во времени:

запорный элемент состоит из множества отдельных частей, которые позволяют ему изменять, когда это требуется, свои геометрические размеры;

в) в отношениях:

запорный элемент уравновешивается не системой управления, а другим способом (система управления предназначается только для управления!).

9. Техническое решение

а) в пространстве:

использование в системе управления гидроусилителя;

использование в системе управления энергии самого рабочего продукта. В этом случае система управления будет управлять малым запорным элементом, который в свою очередь обеспечит управление большим (рис. 62);

б) во времени:

запорный элемент обратного действия состоит из отдельных концентрически установленных запорных элементов (рис. 63).

При открытии такого запорного элемента вначале открывается наименьшая центральная часть, затем после стравливания части продукта на выход и соответственно уменьшения перепада давления открывается вторая часть "запорного элемента", затем третья и т. д.;

в) в отношениях:

использование самоуравновешенного запорного элемента (рис. 64), например совмещение на одном штоке двух запорных элементов (одного прямого действия, а другого - обратного).

Наиболее перспективную по мнению ИРГ конструкцию и приняли для дальнейшего совершенствования. Патентный поиск показал, что технические решения такого типа известны. Он же выявил и присущий этому решению основной недостаток - сложность одновременного уплотнения двух запорных элементов, посаженных на одном штоке.

Опишем несколько типичных конструкций.

Двухседельный затвор (а.с. СССР 422902, МКИ F16 К1/44). Данный запорный элемент представляет собой комбинацию из двух отдельных запорных элементов одинакового проходного сечения: один - прямого действия, другой - обратного. Для обеспечения одновременности их закрытия предусмотрена возможность регулировки, для чего на штоке выполнено фланцевое соединение (рис. 65).

Двухседельный затвор (а.с. СССР 86810, МКИ Л6 К1/44).

Этот запорный элемент был разработан для использования в двигателях внутреннего сгорания. Здесь для компенсации неточности закрытия запорных элементов в одном из седел применены пружинные уплотнительные кольца, что немного снижает уравновешенность всего запорного элемента в целом (рис. 66).

Двухседельный затвор (а.с. СССР 991380, МКИ Л6 К1/44).

Конструкция этого элемента представлена на рис. 67. Здесь для компенсации неточности закрытия запорных элементов один из них выполнен скользящим по штоку привода и подпружиненным относительно другого запорного элемента. Основным недостатком этого устройства является наличие мощной пружины, которая должна воспринимать огромное усилие сжатия от давления рабочего продукта на скользящий запорный элемент.

В результате анализа представленных и других конструкций был сделан вывод, что приемлемых решений в этой области до сих пор нет. Было решено провести решение задачи по уравновешиванию двухседельного затвора с помощью эвристического алгоритма "В-82".

1. Целевая функция -обеспечение полного уплотнения уравновешенного запорного элемента.

2. Отрицательный эффект: трудно обеспечить одновременность полного уплотнения двух запорных элементов.

3. ТП: двухседельный запорный клапан хорошо уравновешен, однако имеет низкую надежность уплотнения; односедельный запорный клапан имеет высокую надежность уплотнения, но плохо уравновешен.

4. ИКР: запорный элемент сам хорошо уравновешен и имеет высокую надежность уплотнения.

5. Физическое противоречие:

а) второй запорный элемент должен быть, чтобы обеспечить уравновешивание первого элемента;

б) второй запорный элемент не должен быть, чтобы была высокая надежность уплотнения первого.

6. Разрешение физического противоречия - в отношениях.

7. Принципиальное решение: второй запорный элемент есть для уравновешивания первого запорного элемента и его нет для уплотнения последнего при закрытии.

8. Физическое решение: второй запорный элемент выполняет только функцию уравновешивания первого запорного элемента, а сам всегда закрыт.

9. Техническое решение: вместо второго запорного элемента используем поршень, который и уравновешивает первый запорный элемент (рис. 68).

Полученное решение было признано в целом удовлетворительным, ИРГ перешла к решению других вопросов.