КЦ Промконсалт, Санкт-Петербург




ЧТО ПРИДАЕТ ИМПУЛЬС АРМАТУРЕ К РАЗВИТИЮ?

РАЗДЕЛ 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

Горобченко С.Л. к.т.н.

КЦ Промконсалт, Санкт-Петербург

valvepromconsult@bk.ru

 

ВМЕСТО ВВЕДЕНИЯ

 

Трубопроводная арматура не принадлежит к самостоятельным элементам технологии и не может развиваться абсолютно независимо, как это бывает с другими элементами технологического процесса. Она жестко завязана на выполнение функции, предписываемой ей системой, и также жестко с ней связана функционально по времени, месту, скорости, надежности выполнения своей функции и согласованности с другими функциональными элементами системы. Только представьте, если арматура будет работать вне зависимости от трубопровода...

 

С одной стороны это мешает пониманию того, как развивается арматура, и что является ее движущими силами, с другой правильное нахождение надсистемы над технической системой "арматура" позволяет во многом предсказать ее развитие. В этом смысле, достаточно будет определить развитие требуемой системы и смоделировать, какой должна быть арматура.

 

Этот подход важен еще и потому, что сведений об установке арматуры в античных источниках, гравюрах средневековых художников и даже в чертежах эпохи промышленной революции практически не находится. Авторам не удалось найти специализированных изданий по трубопроводной арматуре и ее применению в рассматриваемых исторических периодах.

 

Трубопроводная арматура появляется тогда, когда появляется трубопровод. Но как проследить развитие арматуры, если самому старому трубопроводу насчитывается более 5000 лет, а если мы учитываем, что "дотрубопроводная" эпоха - это каналы и подземные тоннели, то этот срок можно увеличить как минимум вдвое. Как только появляется любое средство для передачи жидкой или газообразной среды, также сразу появляются и древние прообразы - прародители арматуры.

 

Разнообразие арматуры определяющим образом зависит от технологии. В понимании того, почему арматуру нужно больше связывать с технологией, чем с трубопроводом, можно отметить, что сама арматура, входя в трубопровод (ближняя надсистема), не является средством для выполнения только трубопроводных функций, но в большей степени связана с технологическим процессом в целом. Эта мысль в какой-то степени упрощает нам задачу поиска толчков в развитии арматуры, поскольку количество технологий в широком смысле этого слова, которое родило человечество за период своего существования, не так уже много.

 

Технологий, с которыми наиболее крепко связана трубопроводная арматура, всего несколько. Это:

- транспортная, например, перекачки, транспортировки, распределения потоков среды;

- энергетическая, связанная в основном с передачей и удерживанием среды- энергоносителя высоких параметров;

- технологическая, связанная в основном с регулированием и множества подпроцессов технологии. Это наиболее массовая область из всех других технологий по разнообразию применения.

 

Можно сказать, что с развитием внутренней сложности технологических схем, увеличением количества и видов задействованных в их работе контуров и связано развитие ассортимента арматуры и ее разнообразия.

 

Функций, требуемых для обеспечения работоспособности любой технологии, историками техники выделяется всего пять:

- транспортная

- технологическая

- энергетическая

- контрольно-регулирующая

 

Транспортная - перемещение жидких, газообразных и текучих сред в пространстве. Технологическая - это изменение рабочей среды и превращение ее в продукт (если мы адаптируем технологию под вид технологической среды).

Энергетическая - движитель любых орудий труда и технологий, возникающая как необходимость обеспечения технологической и транспортной функции.

Контрольно-регулирующая функция - функция сразу же возникает, как только появляется необходимость согласования и увязки функций транспортной, технологической и энергетической функций. Она обеспечивает восприятие сигнала, связь с управляющими устройствами и передачу обратно управляющих импульсов. В своем развитом виде эта функция становится подсистемой функции управления, обработки данных и полной автоматизации и интеллектуализации остальных функций для согласованной работы всей системы в целом. Она также включает в себя предохранительную, обратную, отключающую арматуру и пр.

 

Арматура в своих основных разновидностях обеспечивает выполнение всех этих функций. Повторимся, что эти функции нами понимаются в самом широком смысле, достойном глубокого исторического взгляда на арматуру сквозь века.

 

Преимущественность в выполнении той или иной функции и связь с реальным развитием технологии подскажет нам основные толчки, которые претерпела арматура в своем историческом развитии.

 

Чтобы прояснить эту взаимосвязь, а также в связи с обилием материала и слишком большой разностью в развитии арматуры для каждой выделенной функции, мы будем рассматривать их отдельно. Начнем со связи арматуры с энергетикой.

 

 

ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС В ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ТЕХНОЛОГИЮ

 

В начальный период развития человек сам выполнял энергетическую функцию, являясь единственным двигателем инструментов и технологических машин. На этой стадии какое-либо регулирование или использование запирающей функции, которую далее взяла на себя арматура, сводилось к простому перекрытию потока простейшими элементами - деревянными брусьями, каменными плитами и пр.

 

Следующей ступенью в развитии энергетической технологии стало применение энергии неживой природы. Первыми источниками этой энергии, привлеченными к энергоснабжению производства, были водные, а несколько позднее воздушные потоки, приводившие в действие водяные и ветровые колеса. Здесь мы можем отметить также и движение к использованию сред, которые неоднократно повторилось в истории энергоносителей от твердого к порошкообразному, от него к жидкому и далее к газообразному. В современности этот переход наконец-то прошел этап молекул и достиг сначала атомов, потом ионов и элементарных частиц в атомной и ядерной энергетике.

 

Третьей ступенью стало использование уже не механической энергии воды или воздуха, но тепла, способного превращаться в механическую энергию. Теплоэнергетика возникла в начале XVIII века в связи с развитием водоподъемных двигателей и стала быстро развиваться в связи с внедрением в промышленность и транспорт универсального парового двигателя.

 

И, наконец, новым этапом стало появление и развитие атомной энергетики. Хотя по энергоемкости энергоносителя она в тысячи раз перспективнее теплоэнергетики, но с точки зрения реализации принципа перевода энергии в механическую, она не имеет никаких отличий. К тому же, ее параметры, как правило, ниже, чем у тепловой энергетики в связи с необходимостью безопасной эксплуатации. Соответственно, и арматура здесь применяется практически такая же, как и для теплоэнергетических установок со средними параметрами пара.

 

С точки зрения применения арматуры наиболее важным этапом стал век тепловой энергетики, когда во все энергосиловые установки начали включаться клапаны как для управления потоком пара из котла, так и для обеспечения безопасности его работы. До этого момента пароатмосферные двигатели не имели значительных проблем и были снабжены простыми впускными и выпускными клапанами на подаче воды. Только с ростом избыточного давления в паросиловых установках значение арматуры начало возрастать.

 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И АРМАТУРА

 

Энергетические технологии в своей совокупности прошли наиболее яркий и большой путь, а их развитие наиболее ясно и подробно описано в исторических источниках. Их влияние на развитие арматуры и выделение качественных показателей, связанных с арматурой, можно сказать, проявляется в чистом виде.

 

В данном разделе мы не будем рассматривать технологические машины, а сосредоточимся на том, как арматура вписывается в развитие энергетических технологий. К тому же важно разделить собственно энергетическую арматуру, участвующую в создании тепловой энергии и распределительную, управляющую потоками уже созданного тепла и предназначенную в основном для теплоносителей за пределами основных контуров котельной установки.

 

Энергетика в наиболее чистом виде продемонстрировала развитие параметров энергоемкости и рост их интенсивности. По сути, этим можно оценить и качество энергетической техники.

 

Наиболее существенным из этих параметров является по нашему мнению интенсивность, напряженность работы энергетических машин. Это достигается за счет увеличения скорости, расхода, повышения давления и его перепада, интенсификации физических и химических процессов внутри тепловой энергетической установки.

 

Конкретные проявления роста интенсивности можно увидеть на графиках роста давления и температуры, используемых в паровых машинах, рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Интенсивность работы энергетических машин

А) в США

Б) в СССР

 

Повышение давления, температуры, скорости газов вызывают повышение удельного паросъема. С другой стороны это приводит к более напряженной работе материала машин, и арматуры в частности, и, соответственно, интенсивному поиску материалов, которые позволили бы снизить металлоемкость при условии надежной работы материала.

 

Рис. 2. Рост удельного паросъема в энергетических агрегатах

 

Сравнивая рис. 1 и 2, видно, что рост давления и температуры непосредственно связан с ростом паросъема, что в свою очередь определяет направленность развития энергетической техники в части ее интенсификации. Эти тенденции являются ключевыми в разрезе нашего рассмотрения по анализу толчков развития арматуры.

 

Рост удельного паросъема в большей степени, чем расход, отвечает требованиям сочетания с высоким давлением, перепадом давления и температурой. Параметры при этом растут взаимосвязано.

 

Однако функция арматуры связана не только с выполнением основных качественных параметров, таких как выполнение условий по классу давления ANSI. Важная и ответственная роль арматуры в тепловом процессе - это влияние на снижение потерь, управление процессом при его регулировании. Как можно видеть, не так-то легко отделить каждую функцию и выстроить движение арматуры в каждой функциональной линии, поскольку в каждой обобщенной функции, например, энергетической будут появляться и подфункции, в частности, контрольно-регулирующие. Можно также отметить, что роль регулирующей арматуры возрастает с обращением внимания конструкторов именно на к.п.д. и снижение потерь. Например, если на этапе становления паровых машин к.п.д. возрос в 6,9 раз за первые 40 лет, то за последующие 50 лет он вырос всего в 1,13 раза, рис.3.

а) б)

Рис. 3. Рост к.п.д.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-23 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: