Курс Трубопроводная арматура. Введение и обзор основных тем

Уже в первых поршневых насосах, созданных за 200 лет до нашей эры греческим механиком Ктесибием и описанных в 1 в. нашей эры Героном Александрийским в труде "Пневматика", использовались откидные (поворотные) и дисковые клапаны, которые стали прототипами современных поворотных и подъёмных обратных клапанов. Все элементы классического поршневого насоса (плунжер, обратные затворы и эксцентриковый привод плунжера) уже были использованы в этом насосе. Стоит сказать, что эти достижения использовались в последующих конструкциях, ставших прообразами элементов разработанного уже в наши дни поршневого насоса.

Кроме того из древности известны и другие способы создания напора, что говорит о том, что на развитие арматуры влияет не только создание определенного вида механических устройств, но и создание напорных технологий в трубопроводе в целом. В частности, для поднятия на большую высоту воды использовалось подобие насоса, достаточно широко применявшееся и использующее явление гидравлического удара. В этом устройстве в трубе между двух сообщающихся сосудов, где сосуд меньшего диаметра расположен на достаточно большой высоте – в 10 и более метров, есть полузакрытое отверстие, в которое наполовину вставлен клин. При мощном ударе молотком клин закрывает отверстие и образует волну гидравлического удара, идущую в сторону, как малого сосуда, так и большого и поднимающего воду. Обратная волна, отразившись от большего сосуда, находящегося на малой высоте поднимает дополнительный объем на большую высоту.

Бронзовые и латунные пробковые краны использовались римлянами в качестве запорной арматуры в главных и распределительных системах водоснабжения.

При царе Пергама Эвмене II (Греция) около 180 года до н.э. был создан напорный водопровод длиною в несколько километров, с помощью которого подавали воду в водохранилище Пергамской крепости, построенной на горе. Трубопровод пролегал по различным седловинам гор, поэтому разница высот расположения достигала 195 метров. Для достижения необходимого напора воды необходимо было давление от 16 до 20 атмосфер. Считают, что эти трубы были изготовлены из бронзы. Как можно судить по размерам каменной обкладки, диаметр труб составлял около 300 миллиметров. Водопровод был снабжен насосами и арматурой. К сожалению, остатки арматуры не сохранились.

Еще в более ранний период, в г. Византиум до Римского завоевания, т.е. ранее 180 г. до н.э., одним способом развития обработки и хранения воды служили подземные водяные хранилища, снабженные спусковыми устройствами для слива воды, необходимой для очистки хранилища. Водохранилища существует в виде музея и до наших дней, правда перестроены сначала римлянами, а потом и Византийцами. В настоящее время она известна, как Цистерна Базилика и находится в Стамбуле.

На рис. 1 изображён большой пробковый кран, найденный при раскопках остатков дворца императора Тиберия на Капри. Известны эскизы Леонардо да Винчи по разработке каналов, ирригационных систем и насосов, включающие арматуру.

Рис. 1. Пробковый кран времен императора Тиберия на Капри

На возникновение потребности в большом количестве однотипных конструкций общество ответило организацией промышленного производства арматуры. Рост потребности в арматуре был связан в т.ч. и с увеличением количества и ростом единичной мощности (говоря современным языком) первых промышленных фабрик, например, по помолу зерна.

Фабрики основывались на использовании гидравлической энергии. Так, одна из крупнейших в Европе Римского периода фабрика мельница зерна имела до 8 каскадов с огромными колесами и закрытыми лотками для создания подпора падающей воды. Учитывая, что это серьезный движитель, который должен был работать в условиях разной производительности, устройства регулирования подачи воды на водяные колеса представляли из себя достаточно развитый вид арматуры, как правило, щитового типа.

Можно обратить внимание на то, что одновременно уже были известны печные трубы, печи для обжига руды и плавки металла, трубы подачи теплового воздуха или дыма в термах, и, поэтому можно сказать, что отдельно начало проявляться направление газовой арматуры. К примеру, на руинах Карфагена были обнаружены остатки печи с местами для установки регулирующих устройств для регулирования подачи воздуха в печь.

Что касается потребности, то, кроме массового производства муки в мукомольных мельницах, можно отметить и такую интересную гидравлическую технологию как гидравлический разрыв пластов при добыче серебра на рудниках Рио-Тинто в Испанской провинции Римской империи. По заранее прорубленным щелям в породе резко подавалась вода с целью мгновенно заполнить все щели в породе и обрушить требуемый участок скалы, после чего рудный материал уже с легкостью обрабатывался.