книги из ГПНТБ / Чачко А. Человек за пультом (Очерки антропотехники)

росла «ответственность решений» и, чтобы остановить аварийность, контроль турбоагрегата должен быть неот­ ступным, а машинист — всегда начеку. О какой же раз­ луке с машиной пытаемся мы говорить?

Как можно разлучить машиниста с машиной, если сложность, скорость протекания процессов и аварийность действуют пе порознь, а совместно, хитро переплетаясь, дополняя друг друга? Но, с другой стороны, что толку ма­ шинисту неотлучно находиться около турбины, если про­ цессы, происходящие внутри нее, невидимы, неосязаемы. Ни штоков, ни маховиков, ни балансиров. Даже центробеж­ ный регулятор (уаттовское изобретение используется до сих пор) скрыт от глаз: турбина быстроходна — все равно не углядишь.

нему занимают почетное место), требуются измерители температур пара, масла, воды, указатели уровпей в баках и подогревателях и многие, многие другие. Агрегат мощ­

500 приборов. Вместо двух, размещенных Уаттом на самом видном месте, пятьсот!

Интересно, как отнесся бы сам Уатт к этому нашест­ вию измерителей? Думаю, без восторга, но и без осужде­ ния. Целью жизни Уатта было совершенствование паровой машины, повышение ее мощности, экономичности и управ­ ляемости. Если нельзя без измерителей, если логика раз­ вития машины как сложной системы привела к необходи­ мости повсеместного контроля, Уатт согласился бы на него. Его беспокоило бы скорее другое — где взять эти из­ мерители, например, чем мерить температуру?

В 1782 году, когда Уатт получил патент на паровую машину двойного действия, температуру умели оценивать

19

с помощью ртутных термометров, похожих па современ­ ный медицинский градусник.

Ртутный термометр — плод долгой эволюции. Самый ранний из известных приборов такого рода описан Фило­ ном (250 г. до н. э). Два сосуда (один с водой) и трубка между ними. Если нагревать пустой сосуд, часть воздуха из него через трубку и воду выйдет наружу. После этого охладим сосуд до начальной температуры. Объем воздуха уменьшится, и вода поднимется по трубке, может быть, даже перельется в пустой сосуд. Филон не стремился ме­ рить температуру — просто придумал, как это было при­ нято в александрийской научной школе, остроумную иг­ рушку.

Галилей, в отличие от Филона, изготовил свой термо­ скоп именно для измерений «степени жары и холода». Это было в 1597 году. Особенности термоскопа Галилея заключались в том, что сосуды расположены были друг над другом, и пустой сосуд имел форму колбы «размером с яйцо с длинным и тонким, как пшеничный стебель, гор­ лышком». Благодаря этому эффекты нагревания и охлаж­ дения выявлялись значительно более отчетливо.

Но прибор Галилея, как и игрушка Филона, потребо­ вал участия человека в процессе измерения. Вручную вводилась колба в зону измерения, вручную извлекалась оттуда для охлаждения. Окончив измерение, человек вы­ нужден был разбирать прибор, чтобы наполнить колбу воздухом. Затем юн опускал узкое горлышко колбы в со­ суд с водой — лишь тогда термоскоп готов был к следую­ щему измерению. Если прибор один, а машинисту не к спеху, он мог заниматься измерительными манипуляция­ ми. В них есть своя прелесть.

Но увы, уже уаттовский машинист был слишком занят, чтобы священнодействовать с измерительными колбами. Надо было исключить человека из процесса измерений,

20

автоматизировать измерения, сделать так, чтобы машинист получал готовые показания.

Автоматизировать термоскоп Филона — Галилея без сомнения можно. Шестерни и рычаги станут управлять вводом сосуда в зону измерений, извлечением его оттуда, сборкой и разборкой прибора.

Но стоит ли автоматизации этот термоскоп? Пожалуй, нет: слишком мудрена процедура измерения, чересчур инерционен прибор. Тем более, что Торичелли усовершен­ ствовал термоскоп, превратил его в жидкостный, спирто­ вой термометр, а Фаренгейт заменил спирт ртутыо. 13 ртутном термометре процесс измерения автоматизиро­ ван сам собой — столбик жидкости прытко следует за тем­ пературой.

Отчего же не было ртутных термометров на машине Уатта? Просто не требовались, их замепяла рука маши­ ниста. Человек судил, например, о теплоте воды, возвра­ щаемой после конденсации в котел, как мы судим о готовности ванной — на ощупь. Если б оказалось необхо­ димо, Уатт выбрал бы ртутный термометр. Только нас этот выбор не устраивает. Ртутпый термометр намертво привязан к месту измерения — его головка должна быть погружена в среду, а шкала неотрывна от головки. До поры до времени местные измерения были терпимы. Ма­ шинист турбины начала XX века многократно обходил свою машину, поглядывая на торчащие там и сям изме­ рители. Сегодня он не может себе этого позволить — измерители должны прийти к нему сами, собраться вмес­ те, на одном щите. Во имя единства значения многих параметров приходится передавать на десятки и сотни метров, иноща на километры. Механическими средства­ ми этого не сделать. В 20-е годы нашего столетия возник­

21

электрификацией промышленности и сельского хозяйст­ ва, малая электрификация — неотъемлемая часть большой элекрификации.

Как керосиновая лампа уступила место электричес­ кой, так ртутный термометр спасовал перед термопарой и термометром сопротивления. У термопары электричес­ кая душа, она генерирует электричество, если подогре­ вать один из ее спаев. Термометр сопротивления в отли­ чие от термопары — пассивный элемент электрической це­ пи. Термопара сама генерирует ток, термометр скромно питается от внешнего источника. Зато его сопротивление меняется в зависимости от температуры окружающей среды, причем меняется чутко, точно и быстро.

лые габариты и вес, что позволяет им проникнуть в места, запретные для термопар и металлических термометров, например, внутрь подшипника или на борт марсианского

корабля.

Быть может, мы излишне подробно говорили об авто­ матизации и электрификации процесса контроля темпе­ ратуры. Наше оправдание в том, что более половины измерителей турбогенератора — измерители температуры. И еще в том, что автоматизации и электрификации посте­ пенно подверглись все измерения турбоагрегата. «Душа» паровой машины, перестав быть видимой, осязаемой и ощущаемой, выразилась электрическими признаками — ве­ личиной напряжения, или тока, или сопротивления. Маши­ нист обратился к приборам — вольтметрам, амперметрам, омметрам, которые теперь говорили о совсем неэлектри­ ческих явлениях — изменениях давлений, уровней, рас­ ходов, вакуума.

22

Настала эра щитов контроля и управления. Сначала местные щиты — десяток приборов и лампочек вблизи от турбины. Машинист не отрывался от своего агрегата, обходил, прослушивал его иногда, но чаще сидел у щита, поглядывал на приборы.

Сидел, поглядывал, пока не расширили зону обслужи­ вания. Одному человеку поручили два турбоагрегата (а иногда и три, и четыре). На щите сосредоточились измерители всех подвластных машин. Групповой щит естественно расположить в точке, равноудаленной от каждой турбины.

Но коли так, зачем щиту находиться среди жары, шу­ ма и вибрации машинного зала? Если вывести его в отдельное помещение да наладить кондиционирование воздуха, станет легче и машинисту, и приборам. Б 50-х годах возникли центральные щиты контроля и управления.

Свершилось — машинист разлучился с турбиной. Эволюция котла представляет еще более разительный

пример роста сложности системы, увеличения скоростей протекания процессов в ней и сужения зоны безопаснос­ ти, чем видоизменение паровой машины. Уаттовский ко­ тел был небольшим; похожий на сундук, он скрывался в тени солидной паровой машины. Нынешний котел в сотни раз больше своего дедушки и в десятки раз боль­

выше турбины, что отразилось даже во внешнем силуэте современной электростанции: башня котельного цеха при­ мыкает к приземистому машзалу.

Топливо — уголь, размельченный в пыль в особых мельницах,— вдувается в топку современного котла горя­ чим воздухом, и скорость пылевоздушной смеси близка

23

к 30 м/сек. Вода, а потом насыщенный и перегретый пар мчатся по трубам, по пятистам километров труб, нигде не задерживаясь — котел прямоточный — и достигая на выходе скорость 70 м/сек. Только на обслуживание котла, включая добавку еще более горячего воздуха для поддер­ жания горения и отсос дымовых газов, необходима мощ­ ность в десяток мегаватт.

Где турбоагрегат обходится 40 измерителями, там кот­ лоагрегату требуется 60, где в машзале 80, там в котель­ ном цехе 110. Котлоагрегат мощностью 2000 МВт нужда­ ется в 2000 измерителей, меньше никак нельзя.

Кочегар, давно уже переименованный в машиниста котла, работал в свой черед и за местным щитом, и за групповым. Одновременно с машинистом турбогенера­ торов перебрался он на центральный щит, расстался с возмужавшими котлоагрегатами, чтобы наблюдать за ни­ ми по приборам.

Мы могли бы подробно проследить развитие третьего звена энергетической цепи — электрогенератора. Мы на­ шли бы и здесь нарастание сложности, темпа, опасности и числа измерителей. Но, пожалуй, важнее обратить вни­ мание на все большую увязку, сплетение, сращивание звеньев между собой. Чтобы повысить экономичность, пар, миновавший только часть турбины, вернули в котел на вторичный перегрев. Заряженный новой энергией, этот пар обрушивается на непройдепные еще ступени турби­ ны — очень хорошо! Только заодно котел оказался вжив­ ленным в турбину, включенным между ее частями,

врассечку, как говорят энергетики.

Встарину (если 50-е годы XX века считать стариной) котлы и турбины запускали порознь. Прямоточный котел

не имеет накопителей, чуть рожденный пар нужно израс­ ходовать. Не в атмосферу же его выбрасывать — разумнее с его помощью разворачивать турбину. Увеличивать тем-

24

нературу и давление пара в котле, одновременно разо­ гревая турбину, повышая ее обороты, синхронизируя ге­ нератор с сетью, набирая электрическую патрузку. Пуск на скользящих параметрах сливает три энергетических звена воедино, в один энергоблок.

Специалисты по общей теории систем утверждают, что процесс сращивания отдельных механизмов и агрегатов, взаимоувязки служб и отделов, объединения малых и средних систем в большую систему происходит пыне во всех отраслях человеческой деятельности. Значит, энер­

150 МВт представляют собой энергоблоки: каждый котел связан только со своей турбиной и своим генератором, зато тесно и многообразно связан. И каждый энергоблок име­ ет свой щит — блочный щит контроля и управления. От­ сюда один человек руководит и котлоагрегатом, и турбо­ агрегатом, и электрогенератором. Имя этому человеку — машинист энергоблока.

Машинист следит за поведением блока по показаниям приборов. Но машинист — не звездочет, ему мало наблю­ дать, необходимо решительно вмешиваться в работу блока. Уаттовский блок (машину Уатта резонно назвать блоком: котел и паровой двигатель слиты воедино, даже пускали атмосферную машину на скользящих параметрах!) был оборудован оргапами вмешательства — несколькими руко­ ятками и рычагами. Машинист при надобности поворачи­ вал рукоятку, открывал либо закрывал кран, и охлажда­ ющая вода устремлялась в конденсатор, а подпитка котла прерывалась.

Рычаги и рукоятки крепились к осям кранов и сцепле­ ний, каждая на своем месте, подобно измерителям. Чтобы собрать их на одном щите, потребовалась электрификация исполнительных механизмов. Количество электрифициро­

25

ванных исполнителей (задвижек, клапанов, питателей) близко к мощности блока, например, их 780 штук на блоке 800 МВт.

Подача команд электрифицирована — иначе не удалось бы разлучить машиниста с машиной. Ему теперь достаточ­ но нажать кнопку или повернуть ключ управления на пульте, и приказ тотчас исполнится. По аналогии с разви­ тием измерителей, с совершенствованием контроля, здесь резонно спросить: а почему не автоматизирована подача команд? Зачем вообще поручать управление блоком чело­ веку, звену медлительному, нервному, подверженному ошибкам? Не лучше ли принять курс на автоматизацию? Блочный щит демонтировать, оператора и обходчиков пе­ реквалифицировать, а сам блок запереть на замок. Пусть он служит исполнительным механизмом для сверхопера­ тора, диспетчера энергосистемы: нажал кнопку — пустил, нажал другую — остановил, повернул рукоятку вправо — прибавил, влево — убавил нагрузку.

Автоматизация без компромиссов... Специалисты ре­ шительно стали на этот путь. Иные объекты, пусть не сразу, но поддались. Например, двоюродная сестра па­ ровой турбины — гидротурбина.

Автоматика развивалась, мужала. От механических и гидравлических регуляторов—к электрическим и электрон­ ным полупроводниковым устройствам. От управления по отклонепию одного параметра — к учету целого ансамбля величин, скоростей и историй их изменения, к приспособ­

не выдерживали проверки, но отряд автоматов постепенно

26

автоматов, таких, например, как устройство запуска пи­ тательного турбонасоса, который сам по себе является турбиной, большей, чем рекордная турбина начала века. Плюс к тому автоматическая защита оборудования в ава­ рийных ситуациях. Вместе с предохранительным клапа­ ном, изобретенным Дени Папепом в 1714 году, использо­ ванным Уаттом и сбереженным по сей день, энергоблок взялись охранять еще 28 устройств. Во все пределы вторглись автоматы, но полностью подчинить себе цепоч­ ку «котел — турбина — генератор» не сумели.

Слишком прихотлив характер блока. Особенно при пуске. Если успел остыть — одна последовательность опе­ раций, если массивные части еще горячи — другая, и этих последовательностей пе две, не три и не десять — мно­ жество, зависящее от степени нагрева. Реакции блока на одни и те же воздействия тоже разные — сейчас, когда он относительно холоден и через час, когда аккумулиро­ вал тепло. Даже разогретый, при больших пагрузках он ведет себя совсем иначе, чем при малых. Блок прихотлив, а автоматам не хватает человеческой гибкости и разно­ образия.

К тому же прямые средства для воздействия на многие процессы, протекающие в энергоблоке, отсутствуют. Нельзя управлять непосредственно, можно лишь косвен­ но, через другие, более послушные, процессы. В ненор­ мальном (предаварийном) режиме, когда большинство процессов разладилось, требуется особое искусство стаби­ лизации. Автоматы не умеют этого.

Получается, что «сложные» режимы — пусковой и предаварийные — туго поддаются автоматизации, а ре­ жимы «простые» — нормальный и аварийный — автома­ тизировать удается. К такому выводу энтузиасты автома­

27

Если и оставляли его на энергоустановке, то только времен­ но, до той совсем недалекой поры, когда комплексная автоматизация сделает машиниста «лишним человеком». Создавали проекты комплексной автоматизации, внедряли комплексную автоматизацию, восторгались комплексной автоматизацией. После восторгов, известное дело, перехо­ дили к более здравым оценкам. Оказывалось, что желан­ ная цель но достигнута. Скептики говорили: «Комплексная автоматизация, как комплексное число, имеет мнимую и действительную части. Мнимая часть, пожалуй, уже внедрена, а вот действительная...»

В конце 50-х годов оптузиасты получили мощное ору­ жие для посрамления скептиков. Появились цифровые вычислительные машины, тоже автоматы, по не специали­ зированные, как привычпые устройства, а универсаль­ ные. ЦВМ привели к революции в области получения информации, подобно тому, как уаттовская машина к ре­ волюции в получении энергии.

Первоначально Джемс Уатт, следуя своим предшест­ венникам, придумывал специализированную машину — для откачки воды из шахт. К водоотливным машинам относится ряд его изобретений. Но главное открытие Уат­ та — отказ от узкой области приложения машин, переход от удельиости к универсальности, к построению единого двигателя, паровой машины для любых промышленных

информацию расчлепить па одинаковые элементы, на без­ ликие атомы. И нашел, каков атом информации: выбор из двух возможностей, двоичный выбор, бит. Любые чет­ кие данные можно представить в виде комбинации дво­ ичных выборов, записать сочетанием нулей и единиц.

28