История энергетической техники - Белькинд Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
водяные колеса и гидравлические турбины, создающие непрерывное
вращательное движение Рабочего вала, водостолбовые машины, гидравлические
тараньг, а также двигатели, использующие энергию приливов. Ко второй
группе относятся гидравлические прессы, гидроприводы и различные виды
гидропередач, которые получили значительное распространение в современном
Машиностроении и аппаратостроении.
Развитие водяных колес охарактеризовано в гл. 2. Ни-
излагается развитие других гидравлических двигателей, подучивших
распространение в энергетической технике.
!8* 275
Водяные колеса к началу XIX в. получили широкое распространение, но,
являясь локально связанными, не могли обеспечить потребной энергией
места, удаленные от водных источников. Иногда не исключалась возможность
отведения воды из русла реки к месту потребления энергии, но необходимые
для этого гидротехнические сооружения были слишком дорогими. Применение
тепловых двигателей позволяло снабдить сравнительно дешевой механической
энергией установки, расположенные вдали от источников энергии; поэтому с
конца XVIII в. возрастает число паросиловых установок. Область применения
водяных колес стала, таким образом, заметно ограничиваться, особенно с
развитием горнорудных промыслов и металлургических мануфактур.
Водяное колесо могло работать только в условиях малых напоров (до 8 м),
которыми обладали равнинные реки. Между тем громадные запасы
гидравлической энергии были заключены в водных потоках со средними (8-25
м) и высокими (более 25 м) напорами. В этих условиях водяное колесо
вообще не могло быть установлено. Единственная возможность для освоения
громадной энергии средне-напорных и высоконапорных водных потоков
заключалась в создании гидравлического двигателя, принципиально отличного
от водяного колеса.
Водяные колеса приводились во вращение действием веса воды или ударом
струи в лопасти. Но можно было использовать и другое физическое явление -
силу реакции, создаваемой потоком воды на лопастях рабочего колеса. Таким
двигателем была водяная турбина.
Толчком к развитию новых идей в области гидравлических двигателей явились
труды швейцарского математика Даниила Бернулли, работавшего некоторое
время в Петербургской Академии наук. В своей работе "Гидродинамика",
опубликованной в 1738 г., Бернулли обобщил ряд своих исследований по
вопросам гидравлики и гидродинамики и вывел уравнение, устанавливающее на
основании закона "живых сил" связь между давлением и скоростью в каждой
точке потока несжимаемой капельной жидкости:
^-+-^-H-z=const,
где v - скорость движения жидкости; g ускорение силы тяжести;
276
Ранние попытки построения гидравлических турбин и начало изучения
процессов, в них происходящих
р- давление в рассматриваемой точке потока; •
у--удельный вес жидкости.
В этом уравнении v2/2g есть удельная кинетическая энергия, т. е. энергия,
отнесенная к единице веса, а
I-4~z - удельная потенциальная энергия, слагающаяся т
из /?/y •- уделыной энергии давления и г -удельной энергий- положения.
Этим законом устанавливается постоянство энергии каждой частицы жидкости
в потоке.
Уравнение Бернулли не только отражало закон сохранения и превращения
энергии для частного случая гидравлической энергии, но и отчетливо
указывало на принципиальную возможность построения гидравлических
двигателей двух разных классов: использующих либо кинетическую
(v2/2g), либо потенциальную^-]- 2^ составляющую полной
энергии водного потока. Кроме того, Бернулли дал теорию реактивного
действия, происходящего от вытекания струи через отверстие, сделанное в
стенке сосуда.
Практически это явление было использовано впервые в 1745 т. английским
механиком Баркером, построившим реактивное колесо, а в 1747 г.-венгерским
физиком Яношем Андрашем Сегнером. Сегнер, работавший в Геттингенском
университете, создал прибор, названный сегнеровым колесом, явившийся
прототипом реактивного гидравли- Рис- 5-1. Сегнерово полесского
двигателя, но не имевший в своем начальном виде практиче-ского значения.
Первое подробное
°писание сегнерова колеса относится к 1750 г. В последующем Сегнер
совершенствовал конструкцию с целью практического использования своего
колеса. Первоначаль-110 он построил цилиндр с двумя трубками для выпуска
во-Лы> а затем - с четырьмя трубками (рис. 5-1) и даже ц,естью. Последнюю
из этих конструкций Сегнер пытался применить для вращения жернова, т. е.
превратить этот пр"бор в двигатель, пригодный для энергоемкой работы.
Днако недостаточное знание сущности физических провесов, происходящих в
таком двигателе, не дало Сегнеру °зможности рационально его
усовершенствовать. Единич-
277
ные экземпляры сегнеровых колес, простых и сдвоенны применялись до
середины XIX в.
Тем не менее и в несовершенном реактивном двигателе Сегнера JI. Эйлер
усмотрел большие практические возможности и занялся изучнием процессов,
протекающих в этом двигателе. Результаты его исследований были изложены в
трех докладах; 'сделанных Берлинской академии наук. Уже в первом докладе
