История науки и техники. Энергомашиностроение

Постепенно приложения гидроэнергетики расширялись: в сукновальном деле, для обработки конопли, дубления кожи, в пивоварении, для заточки инструментов. Эти процессы шли не синхронно, иногда наблюдался регресс. Англия переживала подлинный расцвет лишь с конца XIII в., и в этом видят самую настоящую «промышленную революцию». Железоделательная мельница знаменует подъем кузнечного дела в XIII в., хотя первое упоминание о ней датируется 1197 г. для одного монастыря в Швеции. Первая бумажная мельница существовала с 1238 г. в Ятове (Испания), в Италии она появилась в 1268 г. (Фабриано), во Франции – в 1338 г. (Труа), а в Германии – в 1390 (Нюренберг). Гидравлическая пила в 1240 г. была еще диковиной. Соединение водяного колеса с кулачковыми или с кривошипными механизмами позволило значительно расширить сферу его применения. К XVI столетию энергия воды использовалась не менее чем в 40 различных производственных процессах. К 1750 году тенденция продолжала сохраняться. Для увеличения мощности стали применяться групповое размещение колес. Поэтому начавшаяся в конце XIX в. замена водяных колес на паровые машины не принесла существенных изменений в промышленности, так как мощность первых паровых машин была не свыше 20 л.с. Начало промышленной революции связано с широким применением энергии воды в первую очередь для хлопкопрядильного производства. Одновременно с расширением областей применения происходило усовершенствование конструкции самого колеса. Так в 1826 г., когда появилась первая водяная турбина, французский механик и инженер Понселе (Poncelet, Jean-Victor) предложил новый гидравлический двигатель с изогнутыми колесами и центростремительным движением воды: от периферии колеса к центру. Да и классические водяные колеса за счет наивыгоднейшего сочетания размеров и формы достигали постепенно предела своих возможностей. Наиболее значительные работы связаны с именем видного английского инженера Джона Смитона (Jhon Smeaton), современника изобретателя паровой машины Уатта. Поэтому водяные колеса продолжали строиться в XIX и даже в XX в., постепенно уступая свое место другим энергетическим машинам. Так, по материалам переписи 1861 г. на уральских заводах работало свыше 1600 водяных колес общей мощностью около 30 КВт. В горных районах Европы на малых реках водяные мельницы продолжают обслуживать людей в наши дни, неустанно и бесшумно вращаясь под журчащим потоком прозрачной струи.

Рис. 4.3. Колесо Понселе

Рис. 4.4. Водяное колесо Смитона

4.2. Наиболее интересные сооружения с водяными колесами

В XVI–XVII вв. в Европе для водоснабжения городов часто применялся привод поршневых насосов от водяных турбин, установленных под арками моста. Впервые такой комплекс был сделан в 1570 г. в Данциге, а в 1582 году голландский инженер Петер Морис (Peter Morice) предложил эту систему лорду-мэру и олдерменам Лондона. Воду получали верхние этажи самых высоких зданий, а при первых испытаниях струя воды поднялась выше шпиля церкви святого Магнуса, находившейся поблизости. Водоподающая станция у Лондонского моста произвела такое впечатление на современников изо всех слоев общества, что изобретателю и его наследникам было дано право на аренду моста сроком на 500 лет. В дальнейшем для подачи воды стали использовать насосы конструкции Сэмюэля Морленда – дипломата и изобретателя эпохи Английской буржуазной революции. Они отличались большим ходом, поршень был выполнен из меди, а чугунный цилиндр снабжен кожаной манжетой.

В XVII в. по приказу короля Людовика XIV грандиозный комплекс был построен вблизи Версаля в Марли на реке Сене. Проект был представлен в октябре 1678 двадцатилетним офицером Арнольдом де Вилье (Arnold D’villier), затем была построена модель. Строительство под руководством фламандского инженера Р. Суаля (Soulle) продолжалось с 1679 по 1686 г. Плотина отводила воду к 14 подливным (нижнебойным) колесам. Каждое колесо имело диаметр 11 м. и ширину 2,3 м. С помощью системы коромысел и кривошипных механизмов колеса приводили в движение 259 поршневых насосов, разбитых на три группы и установленных на трех уровнях. Первая группа подавала воду на высоту 50 м., вторая – еще на 75 м, наконец, третья группа перекачивала воду в акведук, находившийся в километре от реки, на высоту 152 м. Затем вода самотекам поступала к знаменитым фонтанам Версаля.

«Машина Марли» была самой мощной установкой своего времени, однако при мощности на валу в 500 л.с. к насосам поступало только 150. Остальное терялось в громоздком передаточном механизме.

Рис. 4.5. Гидротехнический комплекс в Марли