История науки и техники. Энергомашиностроение

Вначале оба клапана закрыты. Для запуска системы надо открыть выпускной клапан, опустив его вниз. Вода начинает через него течь с возрастающей постепенно скоростью. В некоторый момент времени перепад давления на клапане превысит его вес. Клапан быстро закроется, истечение жидкости прекратится и произойдет явление гидравлического удара, подробно исследованное Н. Е. Жуковским при изучении аварий на Мытищинском водопроводе. Механизм этого явления таков: при внезапном торможении достаточно длинного столба воды его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и давление в столбе воды резко повышается. Образовавшееся сжатие распространяется в направлении, противоположном первоначальному движению воды, со скоростью звука (свыше 1000 метров в секунду). Последствия смягчаются тем, что всякая труба не вполне жестка и может упруго растягиваться внутренним давлением. Тем не менее, в обычной водопроводной трубе вследствие гидравлического удара возможно повышение давления в 10–12 раз или в 150 раз больше атмосферного. Поэтому все водопроводные краны делают винтовыми, чтобы перекрывать струю воды постепенно.

Рис. 3.26. Гидравлический таран

Гидравлические тараны и сейчас применяются в сельской местности в системах орошения. Интересно отметим, что процесс, происходящий в этом устройстве, представляет полную аналогию (по крайней мере, в плане проведения расчетов) с процессами в генераторе с неоновой лампой.

3.12. Лучший в мире насос

Сердце – это насос, перекачивающий кровь. В спокойном состоянии оно перекачивает 5 литров крови в минуту, создавая в артерии давление свыше 100 миллиметров ртутного столба, что соответствует 1,5 метров водяного. Мощность сердца составляет приблизительно 2,5 ватта. Сердце в минуту сокращается от 60 до 100 раз. При нагрузках число сокращений увеличивается, а подача достигает 30 литров в минуту. В год оно сокращается около 40 миллионов раз, а за 75 лет жизни сердце перекачивает около 5 миллионов литров крови, делая 3 миллиарда сокращений. Ученые и инженеры уже много лет ведут работу по созданию искусственного сердца, но пока еще не создано насосов такой высокой эффективности и надежности.

3.13. Электромагнитные насосы

Для перекачивания расплавленных металлов и других электропроводящих жидкостей в последние годы созданы различные разновидности магнитогидродинамических насосов. Энергообмен происходит при взаимодействии магнитного поля индуктора с полем электрического тока, индуктируемого в проходящей через насос жидкости. По принципу действия индукционный насос аналогичен асинхронному двигателю, в котором жидкий проводник является обмоткой ротора. Эти насосы применяют в ядерной технике и металлургии. При работе на трехфазном переменном токе они имеют коэффициент полезного действия от 20 до 50 процентов.

Другой разновидностью магнитогидродинамических насосов является кондукционный, который может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Направление движения жидкости в канале в этом случае определяется правилом левой руки.

Для перемещения униполярно заряженных или поляризованных жидкостей и газов созданы электрогидродинамические насосы, осуществляющих преобразование энергии электрического поля в механическую энергию. Это – ионно-конвекционный насос.

Интересный насос был создан Л. А. Юткиным на основе открытого им электрогидравлического эффекта. Сущность этого эффекта состоит в том, что вокруг зоны специально сформированного импульсного электрического разряда внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, возникают сверхвысокие гидравлические давления, которые могут совершать механическую работу по перемещению жидкости.

4. Водяные колеса и турбины

4.1. Водяные колеса