Сегнерово колесо своими руками
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 04.10.2024
Может показаться, что за многовековую историю механики узнали о водяных колесах все, что можно о них узнать. Да и что можно было придумать нового в этой старой как мир конструкции? Однако оказалось, что можно. В 1750 г. венгр Сегнер, работавший в Геттингенском университете, выдвинул совершенно новую идею водяного двигателя, в котором наряду с напором и весом использовалась еще и сила реакции, создаваемая потоком воды.
Устройство этого горизонтального колеса видно из рисунка. Вода поступала сверху в сосуд, соединенный с осью, внизу которого располагались крестообразные трубки с загнутыми в одну сторону концами. Вода вытекала через них, и получавшаяся при этом сила реакции действовала во всех четырех трубках в одну и ту же сторону, приводя во вращение все колесо. Это была чрезвычайно остроумная находка, не получившая, впрочем, в этом виде никакого практического применения, но возбудившая к себе живейший интерес некоторых математиков и инженеров.
Великий немецкий математик Эйлер одним из первых откликнулся на эту новинку, посвятив исследованию колеса Сегнера несколько своих работ. Прежде всего Эйлер указал на недостатки в конструкции Сегнера, отметив при этом, что невысокий КПД колеса был следствием нерациональных потерь энергии. Далее он писал, что эти потери могут быть значительно снижены, если идея нового двигателя получит более полное воплощение. Значительные потери происходили прежде всего при входе воды в колесо из-за резкого изменения направления и скорости течения воды (энергия здесь расходовалась на удар). Но их можно было уменьшить, если подводить воду к колесу в направлении вращения со скоростью этого вращения. На выходе так же имелись потери, так как часть энергии уносилась с выходной скоростью воды. В идеале вода должна отдавать колесу всю свою скорость. Для этого Эйлер предлагал заменить горизонтальные водовыпускные трубки трубками криволинейной формы, идущими сверху вниз. Тогда уже не было нужды делать отверстия для выпуска воды сбоку, так как можно было просто оставлять открытым нижний конец замкнутой трубки. Эйлер предсказал, что в будущем гидравлические машины этого нового типа (собственно, речь здесь шла о гидравлической турбине, но самого этого названия еще не было в употреблении) будут иметь две части: неподвижный направляющий аппарат, по прохождению через который вода будет поступать в нижнее вращающееся колесо, являющееся рабочим органом машины. Не смотря на высказанные замечания, Эйлер очень высоко оценил изобретение Сегнера и прозорливо указал, что тот открыл новый путь развития гидравлических двигателей, которому суждено большое будущее.
Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.
© Все права принадлежат авторам, 2000-2022. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+
А именно - вода вытекает из озера и попадает в реку, поднимаясь вверх по склону! Чудо? Оказывается, вовсе нет. Физик-теоретик Василий Букреев , живущий в Бийске, уверен, что такое на нашей планете встречается часто. И что это своего рода прототип вечного двигателя, предложенный самой природой.
Цилиндры на боку
Наши далёкие предки о физике природных процессов представление имели смутное, зато были весьма наблюдательны. И, подглядывая за природой, создавали технические устройства, которые и по сей день удивляют нас. Например, в Древнем Риме была создана мощная индустрия доставки воды в населённые пункты - знаменитые акведуки. Пролегали они в том числе и над ущельями, где спуски чередовались с подъёмами. И, чтобы доставить жидкость на более высокий уровень, римляне специально закручивали её в вихри. А в предгорьях Копетдага (горный массив на территории Ирана и Туркмении), по некоторым сведениям, крестьяне до сих пор используют этот принцип, поднимая воду арыками от подножия холмов на их вершины. Угол спуска на горном серпантине подобран таким образом, что на нём формируются водяные вихри, набирающие энергию и текущие по арыкам вверх.
Тайфун и торнадо
От слов - к делу. Если вложить одну трубу в другую (с определёнными зазорами на входе и выходе), то поток жидкости или газа, проходя сквозь неё, будет закручиваться в вихрь. Наденем такой наконечник на пожарный шланг - и струя полетит дальше, чем обычно. Значит, пожарному не придётся рисковать, подходя близко к огню. Ещё один плюс: исчезает отдача, шланг уже не вырывается из рук у того, кто его держит. Василий Семёнович вместе с другом Фаридом сконструировал такой брандспойт и отнёс его в ближайшую пожарную часть. Испытания показали: эффект есть.
А именно - вода вытекает из озера и попадает в реку, поднимаясь вверх по склону! Чудо? Оказывается, вовсе нет. Физик-теоретик Василий Букреев , живущий в Бийске, уверен, что такое на нашей планете встречается часто. И что это своего рода прототип вечного двигателя, предложенный самой природой.
Василий Букреев.
Василий Семёнович внимательно слушает, задаёт вопросы о глубине озера в этом месте. Затем поясняет суть явления: «Вода в озеро поступает от ледника, который расположен на горе. При её попадании в озеро на мелководье появляется момент сил, который приводит водную среду во вращение.
Наши далёкие предки о физике природных процессов представление имели смутное, зато были весьма наблюдательны. И, подглядывая за природой, создавали технические устройства, которые и по сей день удивляют нас. Например, в Древнем Риме была создана мощная индустрия доставки воды в населённые пункты - знаменитые акведуки. Пролегали они в том числе и над ущельями, где спуски чередовались с подъёмами.
И, чтобы доставить жидкость на более высокий уровень, римляне специально закручивали её в вихри. А в предгорьях Копетдага (горный массив на территории Ирана и Туркмении), по некоторым сведениям, крестьяне до сих пор используют этот принцип, поднимая воду арыками от подножия холмов на их вершины. Угол спуска на горном серпантине подобран таким образом, что на нём формируются водяные вихри, набирающие энергию и текущие по арыкам вверх.
Тайфун и торнадо
«Ротор - это просто вращающееся тело, тот же цилиндр, - говорит он. - Но вихревые образования (по сути, не существующие для современной науки) устроены сложнее. В природе есть два типа вихрей - вихри Тейлора и вихри Бенара. Первый - это, условно говоря, тайфун (он же ураган, циклон и т. п.). Материя в нём (воздух или вода) движется по вложенным друг в друга окружностям, не имея возможности переходить с одной окружности на другую. А вихрь Бенара - это торнадо (смерч). В нём потоки перемещаются по более сложным траекториям: внутри вихря они идут по спирали вверх, а снаружи - вниз, причём с более высокой скоростью вращения.
Принцип течения воды в Бащелакских озёрах (Алтайский край).
От слов - к делу. Если вложить одну трубу в другую (с определёнными зазорами на входе и выходе), то поток жидкости или газа, проходя сквозь неё, будет закручиваться в вихрь. Наденем такой наконечник на пожарный шланг - и струя полетит дальше, чем обычно. Значит, пожарному не придётся рисковать, подходя близко к огню. Ещё один плюс: исчезает отдача, шланг уже не вырывается из рук у того, кто его держит. Василий Семёнович вместе с другом Фаридом сконструировал такой брандспойт и отнёс его в ближайшую пожарную часть. Испытания показали: эффект есть.
Кроме того, вихрь-торнадо прекрасно перемешивает среду. Умельцы из Бийска смастерили несколько смесителей-насадок на карбюраторы. В этом узле двигателя происходит смешивание жидкого топлива с воздухом. И чем мельче частицы в распыляемой смеси, тем меньше расход бензина.
Книга "Машина-двигатель. От водяного колеса до атомного двигателя"
Оглавление
Читать
Помогите нам сделать Литлайф лучше
Увлекаемые течением, лопатки поворачивали колесо.
Колесо это было необычным: во все стороны от центра на одинаковых расстояниях торчали из обода лопатки. Внизу лопатки погружались в воду, и вода их увлекала течением. Передвигаясь по течению, эти лопатки поворачивали колесо и в воду опускались следующие лопатки. Так колесо вращалось.
К такому колесу привязывали различные сосуды-черпаки. Они тоже погружались по очереди в воду, наполнялись, затем поднимались колесом наверх и сливали воду в желоба, откуда вода поступала на орошение полей.
С Востока водяные колеса проникли в Рим. Здесь их стали использовать не только для орошения, но и для снабжения городов питьевой водой из рек и каналов. Здесь же водяные колеса заставили вращать мельничные жернова.
В древнем мире, однако, применение двигателей — даже таких, как водяные колеса, — было не очень выгодным. Куда дешевле и проще было использовать труд рабов. Ведь, чтобы строить сооружения с колесами и желобами, нужны были материалы, за такими сооружениями надо было следить, ремонтировать их, затрачивать средства. А рабы были силой дешевой, их можно было эксплуатировать, не заботясь о последствиях.
В средние века водяные двигатели получили широкое распространение. Их приспособили не только к мельницам, но и к суконному производству, а затем они стали проникать в горную и металлургическую промышленность.
В древней Руси водяные колеса появились тоже очень давно. В различных исторических документах, начиная с XIII века, упоминается о водяных мельницах. В более позднем развитии русской промышленности водяные двигатели были весьма широко использованы. Талантливые русские механики создавали сложнейшие сооружения с применением водяных двигателей.
По указу Петра I бывалый солдат Яков Батищев построил в Туле первые оружейные заводы с водяными двигателями. Одно водяное колесо Батищева приводило в движение около тридцати станков, на которых сверлились пушечные стволы.
Интересное сооружение создал выдающийся русский механик Козьма Фролов.
Система водяных колес, сооруженная Козьмой Фроловым.
Во второй половине XVIII века на Змеиногорском руднике в Сибири Фролов соорудил мощную водосиловую установку.
На речке Змеевке была построена запруда, а за запрудой был прорыт двухкилометровый подземный канал с выходом к другой речке — Корбалихе. Вдоль канала Фролов поставил несколько установок с водяными колесами, для каждой из которых были использованы огромные подземные пещеры — выработки высотой до 21 метра. Вода падала сверху от запруды и вдоль канала с одного колеса на другое — по лесенке — проходила свой путь, сливаясь затем в речку Корбалиху. Несколько раз использовал Фролов один и тот же поток воды. С помощью водяных колес приводились в движение все механизмы рудника: насосы, рудоподъемники, дробильные фабрики и даже вагонетки с канатной тягой.
Водяное колесо дожило и до наших дней. Еще и сейчас где-нибудь в деревне вы можете увидеть водяную мельницу.
Существует три типа водяных колес. Если вы увидите, что вода падает на колесо сверху и поворачивает колесо силой тяжести, — знайте, что такое колесо называется верхнебойным.
А если вода падает на лопатки где-то посредине колеса, — такое колесо именуется среднебойным. Наконец, если никак нельзя заставить воду падать сверху, ставят нижнебойное колесо вроде тех, которые применялись еще в древнем Вавилоне.
Верхнебойное водяное колесо.
Среднебойное водяное колесо.
Нижнебойное водяное колесо.
Так выглядят самые древние и самые простые двигатели — водяные колеса. С помощью этих двигателей человек использовал энергию воды.
Но хорошо ли водяная энергия была использована? Не пропадала ли часть энергии зря? Столько ли энергии человек получал от двигателя, сколько вода могла этому двигателю сообщить?
Иными словами, — каков был коэффициент полезного действия такого двигателя, то есть какая доля подведенной к двигателю энергии могла быть снята с вала двигателя для полезной механической работы?
Коэффициент полезного действия обычно выражают либо в процентах, либо в долях единицы. О коэффициенте полезного действия — или КПД, как его сокращенно записывают, — мы будем часто говорить в этой книге.
Так вот, в случае водяных колес оказывалось, что лучше всего использовалась энергия воды в верхнебойном колесе, где вода падает. Коэффициент полезного действия (КПД) этого колеса доходил до 75 %. Среднебойное колесо имело КПД 65 %, а нижнебойное и того меньше.
Водяные колеса были маломощными двигателями. Обычно их мощность не превышала 5–6 лошадиных сил.
Итак, с незапамятных времен энергия воды служит человеку. Она и теперь является одним из основных и одним из богатейших источников двигательной силы.
В природе запас водной энергии очень велик; человек может им располагать, не задумываясь о том, что этот запас способен истощиться.
Вспомним, как происходит круговорот воды в природе. Солнце теплом своих лучей заставляет испаряться воду. Пар скапливается в облака, которые от — соприкосновения с холодными потоками воздуха конденсируются, то есть превращаются вновь в воду. Вода падает на землю, наполняя ручьи и реки. По естественным скатам поверхности земли вода находит сток к морю. Вот на пути этого течения человек и ставит свои водяные двигатели.
Запас энергии воды огромен.
Разве мыслимо, чтобы такие силы природы пропадали бесцельно?
Недаром наш великий учитель, основатель советского государства, Владимир Ильич Ленин уже в апреле 1918 года, когда страна стала восстанавливать свое хозяйство, намечая пути технического развития, обращал внимание инженеров и ученых на необходимость максимального использования водных сил природы.
Но как же современная техника использует водную энергию? Не с помощью же водяных колес — таких громоздких и маломощных двигателей, обладающих к тому же и низким коэффициентом полезного действия?
Сегнерово колесо.
В 1834 году французский инженер Фурнейрон, пользуясь расчетами Эйлера, построил первую водяную турбину, еще далеко несовершенную.
Почти в то же время — в 1837 году — уральский мастер Игнатий Сафонов, сооружавший ранее плотины для водяных колес, построил на Алапаевском заводе первую в России гидротурбину.
Первая турбина, построенная Игнатием Сафоновым, работала еще не так, как хотелось мастеру. Ее коэффициент полезного действия был равен только 53 % — меньше, чем у хорошего водяного колеса. И вот, через два года Игнатий Сафонов построил и установил новую турбину на Ирбитском заводе, КПД которой уже равнялся 70 %.
Читайте также: