Early Modern : Engines -1

Первыми гидравлическими двигателями были водяные колеса.

Инновации в гидродинамике начал главный инженер герцога Миланского, Леонардо Да Винчи.

"Архимедовы винты" и другие гидравлические приспособления заполняли трактаты Франческо ди Джорджио Мартини и других инженеров его поколения, но только в работах Леонардо да Винчи они достигли неизведанного графического и функционального совершенства.

До начала Settecento водяные колеса были преимущественно нижнего боя (фиг. 1,а) с КПД не выше 35%.

Они применялись сначала для работы мельниц, а затем постепенно получали распространение и в других отраслях промышленности, главным образом на металлургических заводах для привода воздуходувных машин, молотов и иных машин-орудий.

По мере развития техники нижнебойные колеса были заменены среднебойными  (фиг.1,б) и верхненаливными (верхнебойными, фиг.1,в).

До Settecento не существовало теории и расчёта водяных двигателей, а потому производство их являлось делом мастерства отдельных лиц.

Дальнейшее развитие водяных двигателей потребовало разработки теории для анализа рабочих процессов, происходящих в двигателях. Первые работы по теории водяных турбин принадлежат русским учёным.

Огромный теоретический вклад в гидротехнику сделал наш гений Михаил  Ломоносов (1711 –1765 AD), Он изучал условия работы гидротехнических сооружений на действующих мельницах, стараясь изыскать способы улучшения их работы. Своими трудами Ломоносов расширил область применения водяных двигателей, введя в их устройство оригинальные и простейшие по исполнению конструктивные изменения.

       Значительный вклад в дело разработки теории рабочих процессов водяных двигателей сделали русские академики Даниил Бернулли (1700-1783 AD) и Леонард Эйлер (1707-1783 AD).

        Бернулли открыл фундаментальный закон гидродинамики, устанавливающий связь между давлением и скоростью в потоке несжимаемой жидкости, и опубликовал его в своем труде "Гидродинамика" (1738 AD). Эта работа Бернулли и теперь, спустя два с лишним столетия, не потеряла теоретической и практической ценности и широко используется при изучении течения жидкости в рабочих органах водяных двигателей.

        Эйлер в 1751 - 1754 AD разработал теорию водяных турбин и дал основное уравнение их рабочего процесса, которым пользуются и в настоящее время. Он впервые выдвинул и обосновал идею направляющего аппарата и предложил проект первого водяного двигателя, имеющего рабочее колесо и направляющий аппарат.

       Водяные колеса, бывшие основными двигателями в промышленности на протяжении нескольких веков, не могли удовлетворять новым потребностям производства в Ottocento, так как никакие видоизменения и усовершенствования их не приводили к увеличению мощности, уменьшению размеров колес и повышению энергетической эффективности.

Необходимо было создать новый водяной двигатель, каковым явилась водяная турбина, оставившая по своим конструктивным и энергетическим показателям далеко позади водяное колесо.

Предшественником ее следует считать быстроходное мутовчатое колесо с вертикальным расположением вала, широко распространенное на Урале и в других местах России еще в Seicento -Settecento.

Действие воды на изогнутые лопасти колеса производилось свободной струей, падающей из желоба. Колесо такого типа представляет собой прообраз созданных впоследствии свободноструйных водяных гидротурбин.

Создание первой практически пригодной водяной турбины было следствием чрезвычайно длительных совместных усилий учёных и изобретателей -эмпириков многих стран.

Большой вклад в развитие нового двигателя внёс русский изобретатель Игнатий Егорович Сафонов, работавший плотинным мастером на Нейво-Алапаевском заводе на Урале.

Он, восприняв идеи М. Ломоносова и академиков Д. Бернулли и Л. Эйлера, первый в России в 1837 AD создал и установил на реке Нейве (близ Салды) водяную турбину, обладавшую вдвое большей мощностью, чем верхнебойное колесо с тем же расходом воды.

Более совершенные турбины были установлены Сафоновым в 1839 AD на Ирбитском и в 1841 AD на Нейво-Шайтанском заводах (фиг. 2). Последняя турбина приводила в действие листокатальный, плющильный и резной станы.

Эти турбины оказались столь удачными, что в 1848 AD все хвостовые молоты Алапаевских заводов были переведены на привод от турбины.

Водяная турбина И. Е. Сафонова стала прообразом современных мощных гидротурбин, что позволяет считать Россию одной из первых в мире стран, где появились гидротурбины.

       Одновременно с И. Е. Сафоновым над изобретением водяных двигателей работал французский инженер Фурнейрон,. которому удалось построить в 1834 AD пригодную к эксплуатации водяную турбину.

• 1857 AD, основана Кренгольмская мануфактура, где были водяные колеса мощностью 380 л.с.,
• 1868 AD, водяные колеса Кренгольмской мануфактуры заменили турбинами типа Jonval мощностью 1300 л.с. Первые считаются мощнейшими в мире, а турбины мощностью 1300 л.с. в течение около 25 лет были мощнейшими в мире гидротурбинами.

В 1849 AD  Фрэнсис разработал спиральную турбину.