МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ АРМАТУРЫ ДЛЯ 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:
- Использование первичной механической (гидравлической и в меньшей степени ветровой) энергии с удельной энергоемкостью порядка 10-1000 кгм\кг.
- Использование первичной тепловой энергии со средней энергоемкостью 3х106 кГм\кг.
- 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.