Курс Трубопроводная арматура. Введение и обзор основных тем

Горобченко Станислав Львович

О сложности и масштабности сооружений, характеризующих эту линию развития технологии гидротехники, говорит инженерная часть в оснащении Ладожского канала. Н.И. Богданов и П.П. Базен разработали общую схему устройства шлюза с сообщающимися камерами и проект четырехкамерного шлюза. Согласно проекту, камеры четырехниточного шлюза соединялись между собой попарно трубами-водоводами, проложенными в середине быков. Запирались они щитами. Провод судов через шлюз занимал около 40 минут. Так, например, при вводе судна из Невы в канал, уравнивали горизонт воды в камере с горизонтом реки, затем открывали нижние ворота камеры, в которой горизонт воды был одинаков с уровнем реки, и вводили судно. После этого ворота закрывали и опускали щиты в полотнах ворот ниже горизонта Невы. Затем открывали боковые трубы, и вода устанавливалась на одном уровне в смежных камерах (каждая

камера служила сберегающим бассейном для соседней). После этого опускали щиты верхних ворот, тем самым сравнивая уровень воды камеры и канала, и открывали верхние ворота. Пропускная способность шлюза была достаточно велика. За навигацию одного только 1846 г. через него прошло 17 817 судов и 1116 плотов. Новый тип сооружений впоследствии получил широкое распространение в России.

На рубеже 1800-х годов заканчивается эра шлюзовых затворов плотин, водоспускных каналов, как эпохи заката гидросиловых установок, как правило, для мельничного производства. К этому моменту они были распространены повсеместно и их количество поражало воображение даже на небольших реках. К примеру, на Ивановском канале на участке реки Непрядвы длиной 40 км, существовало до 40 мельниц, и они фактически представляли собой цельный каскад гидротехнических сооружений со средним подпором в 7 аршин для обеспечения высокой производительности мельниц (Данные исследований ИИЭТ РАН).

Закату использования гидравлической энергии послужили значительные сложности использования гидравлической энергии и необходимость в большом гидротехническом строительстве. Техника строительства плотин на протяжении всего XVII столетия почти не менялась. Обычно в дно реки забивались бревна, основание плотины укрепляли бутовым камнем, глиной, дубовыми досками. Впоследствии деревянные части для прочности стали скреплять гвоздями. Высота плотины достигала 3 саж. (6,5 м). Поперек плотины делались рубленные из дерева «водяные трубы», откуда вода попадала в деревянные «лари», а затем опять по трубам – на водяные колеса. Вода приводила в движение меха в плавильных и кричных горнах, огромные 20-пудовые молоты, вертельные, точильные станки (ИИЭТ конф. История техники и музейное дело, вып. № 7\2014). Работу механических устройств обслуживало множество труб, соединений с воздушными мехами, работающими от водяных колес и пр.

Приход пара высокого давления позволил полностью заменить столь сложные сооружения небольшими и достаточно компактными устройствами, обслуживающими исполнительные механизмы.

Зарождение и развитие капиталистической мануфактуры вызвало дальнейшее развитие арматурной техники. Промышленная революция XVIII в. обусловила строительство фабрично-заводских водопроводов. В то же время сброс промышленных сточных вод в открытые водоемы привел к их сильному загрязнению и поставил вопрос об обеспечении населения чистой водой. Возникла потребность в арматуре больших проходов для управления транспортом значительных объемов воды.

В городах широкое распространение начинают получать централизованные водопроводы с созданием полноценных систем подачи воды и одновременно с ней канализации с простыми способами организации управления потоками. В городской инфраструктуре движущими силами развития арматуры было и пожарное дело, поскольку в пожарной технике система – это не только насос, но и водоспускные трубы, и краны для перекрывания подачи воды в насос.

Кроме водопроводов в этот период повсеместно развивалась и горнодобыча и металлургия. Некоторые интересные экспонаты есть в Алтайском краеведческом музее (помимо пароатмосферной машины Ползунова). В 1952 г. в музей был передан инженером Двирным рудничный насос конца ХVIII в. Насос предназначался для откачки воды из рудника. Приводился в действие от конной машины или водяного колеса. На Алтае впервые насосы такого типа ввел в 1790-х гг. К.Д. Фролов (1726–1800), известный алтайский гидротехник. Насосы оснащались как отсечными, регулирующими, так и обратными клапанами (см. ИИЭТ История техники и музейное дело, №7 /2014).

На примере Прионежского металлургического завода – первом, построенном при Петре I и ставшем прообразом всех других, включая Уральские и Сибирские заводы, можно видеть, как гидросиловые установки становились неотъемлемой частью металлургического производства. Они все больше проявлялись как движущая сила для дальнейшего развития гидротехники. Особенность планировки завода заключалась в том, что производственные помещения завода располагались сразу за

плотиной, а поток воды, имеющий у донной части плотины наибольшую плотность при температуре +4 ⁰С, отводился из нижней части плотины через прямоугольный, образованный из тщательно пригнанных друг к другу бревен, замкнутый канал, и распределялся по производственным помещениям с водяными колесами также по прямоугольным бревенчатым каналам, отходящим в стороны от основного канала. Замкнутый расположенными по контуру бревнами периметр прямоугольного канала защищал поток воды от замерзания при лютых морозах. В производственных помещениях водяной поток приводил в движение станки или механизмы через муфту сцепления. Отработавшая вода непрерывно сливалась по отводным каналам в русло реки. Напор при этом составлял уже несколько метров, а при использовании подземных каналов – несколько десятков метров. Схема плана и профили отводных каналов находятся в архиве Свердловской областной универсальной научной библиотеки им. В.Г. Белинского.

Также можно отметить как движущую силу и технологии соледобычи. Шахтные и выпарные предприятия по получению соли были широко распространены от Белоруссии и Украины на Западе до Сибири на Востоке и от Астрахани до Крыма на Юге. Здесь широко использовалось управление подачей воды на заливных полях со шлюзовыми затворами, выпарные установки на шахтах и солепромыслах.

Небольшие устройства также оснащались арматурой, например, самовары. Прообразами самоваров принято называть китайские устройства для заваривания чая, напоминающие самовары и имевшие запирающие устройства наподобие кранов. Их применяли еще до начала нашей эры. Недавно отметили 275 лет Тульскому самовару, когда о нем было первое официально зафиксированное в источниках упоминание. Есть даже расценки на изготовление пробкового крана слесарями – до 10-15 коп. теми деньгами. Можно также отметить, что до самовара существовал и сбитенник, своими формами и принципом действия напоминавший самовар с применением примерно того же запирающего устройства. Подробнее см.:Некоторое подобие арматуры можно найти и в развитии пивных и винных бочек, где уже использовалось устройство наподобие пробкового крана поворотного действия. см. подробнее http://история-вещей.рф/posuda/istoriya-dubovoy-bochki.html.

Здесь также отметим, что, как и для самовара, развитие керосиновых ламп дало толчок первым кранам для керосина и масла (см. библиографию (Выставка Всероссийская выставка предметов освещения и нефтяного производства (1887–1888 гг.) – первая специализированная выставка по топливно-энергетической тематике сб. История техники и музейное дело ИИЭТ РАН, вып №8 /2015).

Следует отметить и развитие распределительных систем, в частности, бурное развитие центрального водоснабжения и повсеместное строительство канализационных систем. К примеру, в Чикаго для обеспечения уклона слива канализации в связи с особенностями местности даже приподымались здания на винтовых домкратах, вес которых составлял до 20000 тонн (см. канал Наука 2,0 серия передач "Как мы до этого додумались").

Можно добавить, что это было и время газовых фонарей и широкого использования запорных и регулирующих газовых устройств и газовой арматуры, как нового массового направления арматуростроения. На этом поле развернулось соперничество все более широко применявшихся клапанов (вентилей) и пробковых кранов. Основой этого соперничества являлось требование обеспечения хорошей герметичности.

Именно здесь и лежит оправдание, почему клапаны стали применяться позже пробковых кранов в новое время. С ростом давлений и повышением критичности соотношения рабочих параметров, применение клапанов в ряде случаев становилось безальтернативным. Они с легкостью переносят все тягости перепадов давления и высокое давление вообще, их легче закрывать, не требуется сильный поворотный момент.

Только с развитием приводов и "сильных" материалов шаровые краны и дисковые затворы снова начали вытеснять вентили и задвижки из трубопроводов среднего и высокого давления.

Изобретение паровой машины «для подъёма воды» в 1698 году Томасом Севери и усовершенствование в 1705 году Томасом Ньюкоменом её конструкции ознаменовали начало промышленной революции, вызвавшей необходимость создания надежной промышленной арматуры и специализации при ее разработке и производстве. Изобретение Джеймсом Уаттом универсальных паровых машин и их широкое промышленное использование ознаменовало решительный шаг и в создании промышленной арматуры.