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:

  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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *