При этом такой важный показатель, как пропускная способность, очевидно, для энерготехники не является сверхважным, поскольку сам процесс располагает достаточным количеством энергии и уровень энергопотенциала процесса не соизмерим с потерями на гидравлическое сопротивление в арматуре.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ АРМАТУРЫДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Потенциально можно разделить основные периоды развития энергетической технологии и связать их с развитием арматуры, а при недостатке исторической информации мы можем смоделировать применение тех или иных видов арматуры исходя из современных представлений и стандартов. Как мы знаем, уже древние римляне имели стандарты, близкие по духу, основным параметрам и типоразмерам арматуры к современным.
Можно выделить следующие основные ступени, характеризующее резкое отличие применяемых форм энергии и оказывающей значительное влияние на развитие технологий:
1. Использование первичной механической (гидравлической и в меньшей степени ветровой) энергии с удельной энергоемкостью порядка 10-1000 кгм\кг.
2. Использование первичной тепловой энергии со средней энергоемкостью 3х106 кГм\кг.
3. Использование первичной ядерной энергии с энергоемкостью 8,5 - 64 х 1012 кГм/кг.
Теперь можно смоделировать, как эти ступени в развитии энергоемкости могут быть связаны с развитием машин, технологий и трубопроводной арматуры, а также увидеть, что повлияло на "захват" арматурой новых технологий.
Табл. 1. Модель развития арматуры по общим ступеням развития технологии и производства
| Общие ступени развития | Ступени развития технологии и методов замены машины человеком | Ступени развития энергетики | Ступени развития энергетичес-ких параметров | Модель развития арматуры |
| Первобытно-общинный строй Ранее 4000 г. до н.э. Простые орудия, накопление орудий, Материалы - камень, бронза, дерево | Простая кооперация Совокупность элементов производствен-ного процесса выполняется человеком | Биологическая энергия человека и использование гравитационных сил как движителя | - | Использование естественных элементов для управления потоками, например, дымом, передачи воды, каменных плит, естественных отверстий |
| Рабовладельческий строй 4000 г. до н.э. - 300 г. до н.э. Сложные орудия, приведение в действие сложного орудия одним двигателем - руками человека Материалы - камень, бронза, медь, железо | Развитое ремесленное производство Начало замены человека в исполнении функций другими живым двигателями | Биологическая энергия человека и животных, для трудоемких процессов использование развитых систем водяных и ветряных мельниц (Древний Рим) | Рраб 1- 1,5 атм. Т раб до 1100С | Использование простых элементов перекрытия потоков, таких как шандлеры, шлюзовые затворы, медные крышки в термах, краны фонтанов, клапаны кузнечных мехов, зарождение и развитие мощных систем трубопроводов |
| Развитый рабовладельческий строй 300 г. до н.э. - 500 г. Начинается приведение этих инструментов в действие силами природы | Начало замены человека в исполнении функций двигателя двигателями неживой природы | Механическая энергия природы (гидравлическая и ветровая энергия) | Рраб до 1,5-2 атм. (11-22м водяного напора в плотинах) Т раб до 1500С (гипокасты) Удельная энергоем-кость -5-50 кГм/кг | Канальные шлюзовые затворы, деревянные затворы- предвестники задвижек, переставки для управления потоками воды в основных и отводных каналах водяных мельниц, арматура становится неоттъемлемой частью управления потоками в трубопроводной системе |
| Феодальный строй и переход от феодального к мануфактурному 1000 - 1600 г.г. Более широко используется приведение этих инструментов в действие силами природы Материалы - от железа и углеродистой стали к легированной стали, начало применения специальных сплавов, как правило, связанных с развитием энергетики | Цеховое и мануфактурное производство Более широкая замена человека в использовании функции двигателя двигателями природы | Начало применения тепловой энергии | Рраб 1-1,2 атм. Т раб до 2000С Удельная энергоемкость 5-100 кГм/кг | Простые задвижки и затворы для управления потоками воды в отводах и лотках на мельницы и технологические машины (молоты, станки и пр.), клапаны и краны для регулирования потока пара и создания давления в пароатмосферных тепловых двигателях |
| Капиталистический строй 1600 - 1800 г.г. Машина, система машин, имеющих один двигатель Материалы - углеродистая, легированная сталь, применение специальных сплавов | Машинное производство Начало замены человека в исполнении технологических производствен-ных процессов | Тепловая энергия | Рраб до 13 атм. Удельная энергоемкость 3 млн. кГм/кг | Развитие энергетической арматуры на основе клапанов, задвижек, кранов для регулирования подачи пара из котла, впрыска воды в пар, создание первых регуляторов, первых предохранитель-ных клапанов и др. |
| Развитый капитализм 1800 - 1950 г.г. Система машин, имеющая автоматически действующий двигатель (автоматические поточные линии) Материалы - Легированная сталь, алюминий, специальные сплавы, синтетические материалы | Автоматическое непрерывное производство Замена человека в исполнении функций контроля и направления производствен-ных процессов | Тепловая, гидравлическая, электрическая энергия | Рраб 20-35 атм. Т раб до 3000С удельная энергоемкость 5кГм/кг - 3 млн. кГм/кг | Развитие арматуры для всех систем теплового процесса, широкое использование регуляторов, развитие специальных видов арматуры для отдельных контуров регулирования в тепловых схемах |
| Постиндустриаль-ное общество 2-я половина XX -начало XXI века Всестороннее развитие автоматического производства Потенциальные возможности создания любых материалов | Высшие формы автоматического и интеллектуально-го производства Замена человека в исполнении интеллектуаль-ных функций | Использование новых видов энергии - атомной, ядерной, солнечной, биологической и пр. Замена пара или полный уход от пара как рабочей среды | Рраб 400* и более атм. Т раб до 7000С* Удельная энергоемкость до 64 трлн. кГм/кг | Наивысшая специализация арматуры по материалам, особенностям регулирования под специфические условия теплового процесса, выделение специализирован-ных линий арматуры под главные и вспомогательные процессы. |
*рабочие параметры планируемых тепловых станций
Развитие энергетической арматуры началось с начала эпохи пара. Но уточним: в течение почти 100 лет (18 век) царствовали пароатмосферные двигатели, где каких-либо особых требований к арматуре не предъявлялось. Истинное становление ее именно как энергетической арматуры началось с началом применения избыточного давления в трубопроводах паровых машин.
Таблица демонстрирует, что развитие энергетической арматуры может быть наиболее явно связано с развитием основных параметров теплового процесса, а именно с ростом рабочего давления и температуры энергетических котлов и установок. Они в свою очередь отвечают потребности более высокого уровня - повышению удельной энергоемкости. С ростом энергоемкости, повышения мощности энергетических установок, как правило, связанным с ростом рабочих параметров среды, диаметров трубопроводов и вытеснением человека из производственно-технологического процесса, ростом замкнутости и развернутости теплового (технологического) процесса, рождается все больше новых контуров регулирования и отсечки, требующих все более разнообразной по функциям арматуры.
На развитие арматуры повлияли не только потребности в управлении потоками, но, в такой же степени, наличие соответствующих материалов, методик расчетов, развитость производственных процессов изготовления арматуры и др. Отметим, что арматура "захватывала" наиболее соответствующие ее развитию технологии и достижения из других областей.
По нашему мнению, на развитие энергетической арматуры в наибольшей степени повлияло развитие материалов. Наиболее сильные толчки в развитии энергетической арматуры давали переход с бронзы на чугун, с чугуна на специальные теплостойкие легированные стали, способные выдерживать все более высокие рабочие параметры теплового процесса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Арматура появляется на развитых ступенях развития технологии в связи с появлением непрерывных производств, обеспечиваемых жидкими и газообразными средами, все новых и новых контуров, обеспечивающих эффективную работу технологической схемы, и в значительной степени связана со снижением общих потерь процесса, связанного с регулированием и надежностью и ростом его непрерывности и к.п.д.
Составляя модель использования арматуры в энергетической технике на протяжении веков, можно выделить резкие толчки в ее потребления и развития в связи с ростом рабочих параметров теплового процесса и его удельной энергоемкости.
Внутреннее развитие энергетической арматуры связано с "захватом" технологий, которые способны отвечать требованиям соответствия растущим рабочим параметрам рабочей среды в тепловых процессах.
Литература
1. Шпаков О.Н. Эволюция конструкций трубопроводной арматуры. Санкт-Петербург- Барнаул, 2017, 200 стр.