История развития гидроустановок

Вода обладает громадной энергией. Человек использует ее для своих нужд, применяя для этого разнообразные гидравлические машины.

Простейшие гидравлические машины – водяные колеса – начали приме-нять более 3000 лет назад в Египте, Индии, Китае для подъема воды в ороси-тельные каналы и для вращения мельничных жерновов. Искусство строить во-

дяные мельницы и ирригационные каналы с водоподъемными устройствами впоследствии проникло в Грецию и Римскую империю, а в дальнейшем и в другие страны Европы.

В древнерусских летописях водяные мельницы впервые упоминаются в 1267 г., а существовали они, несомненно, и раньше. Устав Ярослава Мудрого регулировал вопросы затоплений, вызываемых строительством водяных мель-ниц.

С развитием горнозаводского дела водяные колеса стали применять на металлургических заводах для привода воздуходувных машин, молотов, а про-стейшие поршневые насосы – для откачки воды из глубоких шахт.

До XVIII века водяные колеса были преимущественно нижнебойными. Они работали под действием кинетической энергии потока. Струя воды, выте-кавшая из-под щита, удаляла в лопасти колеса и приводила его во вращение. Колеса, диаметр которых не превышал 7 м, целесообразно было применять при скоростях течения не менее 1 м/с и напоре 0.35-1 м.

Среднебойные колеса приводились во вращение как кинетической энер-гией потока, так и весом воды. Считалось, что такие колеса целесообразно при-менять при напорах до 5 м и расходе воды от 0,1 до 3 м³/с. Их диаметр –2-9 м, а частота вращения n=2 12 мин^-1.

Более совершенны верхнебойные колеса, вращаемые весом воды, непре-рывно поступающей в ковш в самой верхней точке колеса. Эти колеса приме-нялись при напорах более 3 м. Они имели КПД в пределах 0.5-0,75 и частоту вращения 4-12^-1.

Эпоха Петра I в России характеризуется бурным развитием промышлен-ности, науки и техники. К концу XVIII века в стране уже насчитывалось более 3000 промышленных предприятий, большинство из которых имело водяные двигатели.

В то время не существовало теории и методов расчета водяных двигате-лей, их изготовляли отдельные умельцы. Восхищает размах творческой мысли

в работе замечательного русского гидротехника К.Д.Фролова. В 1787 году он построил на Змеиногорском руднике на Алтае четырехступенчатую подземную установку с водяными колесами диаметром от 4 до 17 м. Земляная плотина это-го сооружения служит до наших дней.

В XVIII веке успешно развивались науки, в частности теоретические ра-боты в области гидротехники и гидросиловых установок. Так, великий русский ученый М.В. Ломоносов своими трудами расширил сферу применения водяных колес, предположив ряд собственных оригинальных конструкций, а член Рос-сийской Академии наук Леонард Эйлер создал теорию лопастных гидравличе-ских машин, опередив современную ему технику почти на 100 лет. Он составил проект первой гидравлической турбины, выдвинул и обосновал идею направ-ляющего аппарата турбины.

Французский инженер Б. Фурнейрон (1834 г.) и уральский плотинный ма-стер И.Е.Сафонов (1837 г.) независимо друг от друга создали первые в мире турбины промышленного типа. И.Е.Сафонов свою первую гидротурбину по-строил на Алапаевском заводе, а затем постепенно оборудовал ими и ряд дру-

гих уральских заводов. В дальнейшем теорию о гидротурбинах углубил А.И.Некратов, который в 1841 г. впервые в мире привел турбинную характери-стику.

С середины XIX века на многих уральских заводах началось изготовление гидротурбин, спроектированных инженерами В.И.Рожковым и И.А.Тиме и др.

Значительные усовершенствования в гидротурбины были внесены амери-канскими инженерами Д.Френсисом (1849 г.) и Л.Пельтоном (1880 г.), а позд-нее чешским инженером В.Капланом (1913 г.).

Развитие капитализма дало толчок и широкому внедрению в промышлен-ность различных насосов, в том числе лопастных. В середине XIX в. А.А.Саблуков предложил конструкцию вентилятора промышленного типа, а В.А.Пушечников сконструировал и изготовил первый глубинный центробеж-ный насос. В этот же период известный русский ученый В.Г.Шухов разработал ряд конструкций поршневых насосов для откачки нефти из глубоких скважин. Им же изложена теория работы паровых поршневых насосов прямого действия. Последующее широкое распространение лопастных насосов было обусловлено появлением электрических двигателей трехфазного тока.

Работы русских ученых Н.Е. Жуковского и С.А.Чаплыгина, а также О.Рейнольдса (Англия) и Л.Прандтля (Германия) явились основой современных методов расчета проточной части гидромашин.

Несмотря на крупные успехи русских ученых производство гидромашин (особенно турбин) в царской России не получило широкого распространения. Даже бурное развитие капитализма в конце XIX и в начале XX в. мало что из-менило. Самый большой в России завод по изготовлению турбин и насосов находился в Риге, а мощность наиболее крупной изготовленной на нем турбины составляла всего 300 кВт.