> Энциклопедический словарь Гранат, страница 180 > Двухтактные Д

Двухтактные Д

Двухтактные Д. На фигуре 27 дана оригинальная конструкция двухтактного газового Д. О х е и ь х е и з е р а.

Здесь работают два поршня: один поршень действует па главный вал через шатун и кривошип, другой действует на тот же вал помощью траверсьми длинных штанг. Последний поршень приводит в действие воздушный насос а. Когда поршни, под влиянием вспышки сжатой между ними газовоздушной смеси, устремляются в разные стороны, то в конце этого хода левый поршень открывает выхлопные окна, давление надает до атмосферпого, и вслед за этим правый поршень открывает окна для впуска свежого воздуха.Происхо-дпт продувка и заполпепие цилиндра рабочей смесью. Рядом с воздушными окнами находятся и окна для впуска газа. Открытие окон дли воздуха раньше окон для газа делается с целью устранить возможность загрязнения смеси остаточными газами и преждевременного воспламенения. Заполнение производится в течение времени поворота кривошипа на 100°. Это вполне достаточно, так как скорость входящей смеси около 150 mtr/сек. Практика показала, что эту скорость нужпо стремиться получать возможно меньшей в целях более спокойной продувки и устранения вихревых движений, дающих

Фигура 28,

Фигура 29.

Отверстие для введения топлива.

Запальный шарь.

Отвод воды.

Подвод воды.

фрг 30

фрг тперемешивание свежей смеси с остаточными газами, что достигается небольшим избыточным давлением продувочного воздуха (1,2 — 1,3 atm). Достоинство Д. Охель-хейзера состоит в облегчении веса фундамента. Это объясняется тем, что силы инерции двух поршней, движущихся в противоположные стороны, взапмпо уравновешиваются. Регулируется Д. качеством смеси.

На фнг. 28 показана конструкция двухтактного газового Д. двойного действия бр. Кертинг. В цилиндре Д. движется охлаждаемый водою поршень, длина которого равна почти его ходу; для газа и воздуха имеются отдельные пасосы, приводимые в движение общими штангами от кривошипа, сидящого па главпом налу. Кривошип этот работает с опережением главного кривошипа на 100°—110°. Впуском смеси в цилиндр управляет клппан в, выпуском ряд окоп f. Когда поршень начинает открывать выхлопные окна, воздушный насос подает в цилиндр воздух. В момент открытия клапана с открывается пагнетатель-пый клапан газового насоса, и в цилиндр поступает смесь. Продувка и заполнение цилиндра продолжаются до конца хода поршня насосов, что соответствует моменту закрытия выхлопных окон. Дальше смесь сжимается до 10 —12 атмосфер и поджигается двумя запальниками в разных местах, что обеспечивает хорошее сгорание. Регулирование в этом Д. качественное, что достигается перепусканием части газа из нагнетательной трубы газового пасоса во всасывающую. Раньше это же достигалось дросселированием газа в нагнетательпой трубе, но этот способ вредно отзывается па работе насоса. Недостатком Д. Кертинга является отсутствие охлаждения около выхлопных окон, вследстие чего они перегреваются и перегорают.

Д. жидкого топлива. На фпг. 29 дана конструкция пефтяного Д. А в а и с (6 HP), работающого также по принципу Отто, но по двухтактпому циклу.

Как и другие двухтактные Д., он значительно проще в конструктивном отношении четырехтактных Д. в виду отсутствия клапанов и замены их простыми окнами в степках цилиндра. Крпвопшп и шатун заключены в камеру, которая служит компрессором для воздуха, поступающого в нее через отверстие в раме и в нижней части самой камеры. Работа этого Д. происходит следующим образом: когда поршень под влиянием вспышки идет влево, он сжимает воздух в кривошипной камере до 1,2—1,3 atm. В конце этого хода поршень открывает выхлоппое окно, через которое устремляются отработавшие газы. Вслед за этим открывается окпо, соединяющее рабочую полость цилиндра с кривошиппой камерой, и воздух, под влияпиом избытка давления, устремляется в цилиндр, отклоняясь особым отростком на дпище поршпя, выгоняет отработавшие газы и заполняет цилиндр. При следующем ходе поршня вправо этот воздух сжимается, причем в начале сжатия, когда поршень только что перекрыл выхлопные окна, вбрызгивается пасосиком нефть, разбивается об выступ калоризатора, испаряется, воспламеняется, соприкасаясь с его раскаленными стенками, получается вспышка и затем повторение описанного процесса. Регулируется этот Д. „пропусками“ следующим образом: с кривошипом спязап маятниковый регулятор, вертикальная плитка которого ходит но наклоппой плоскости. При нормальном числе оборотов этот регулятор ударяет в зуб нефтяного пасоса и подает нефть в цилиндр. При увеличении же числа оборотов плиточка силой инерции подскакивает настолько, что пе попадает в зуб насоса, и получается „пропускъ“.

Во время продувки в цилиндр подается самотеком вода, уносимая в цилиндр рабочим воздухом, которая понижает температуру сжатия и устраняет возможность преждевременной вспышки. Теплота, необходимая па испарение вводимой воды, понижает показатель политропы сжатия до 1,2 и даже 1,1. Бывает одпако, что пода не вся испаряется, вызывая разъедание поршневых колец и стенок. Другое пеудобство вбрызгивания поды в „Авансе“—отсутствие регулирования ея количества в зависимости от нагрузки: малое количество воды служит причиной стуков во время работы; слишком же большое—вызывает охлаждение калоризатора и плохое воспламенение смеси. Указанные недостатки подачи воды в связи с значительной потерей тепла на ея испарение покрываются понижением температуры сжатия, что дает возможность подпять степепь сжатия и соответственно увеличить коэффициент полезного действия Д.

Д. „ Свидерскийц (фпг. 30 и 30а.) работает по двухтактной системе, то есть за каждый оборот получается рабочий ходь. Герметически закрытая кривошипная камера спабжена воздушным клапаном, через который поршень при подъеме всасывает воздух. Опускаясь, поршень сжимает этот воздух, который затем направляется через особый канал в рабочий цилиндр, вытесняет сгоревшие газы от предыдущого хода, замещает весь рабочий объём и далее сжимается восходя

щим поршпем. Одновременно впрыскивается нефть, которая, смешиваясь с рабочим воздухом, воспламеняется доведенным до красного калевия калорпзаторомч» в мертвом положении шатуна; температура запального шара поддерживается последующими вспышками. Происходит взрыв, повышение давления, вследствие чего поршень гонится вниз, отдавая полезную работу. Смазка всех трущихся частей автоматична, весьма проста и производится под давлением центральным смазочным аппаратом ь. В противоположность большинству других систем, Д „Свидерский“ регулируется качеством рабочей смеси, то есть количество подаваемой пе-фти изменяется от регулятора изменением хода пе-фтявого насоса.

Д. Дизеля. На фигуре 31, 32, 33, 34, 35 и 36 дапы цилиндр и крышка Д. с клапанами и распределительными оргапами. Все клапаны расположены в крышке цилиндра; в центре находится форсунка для нефти, которая окружена капалом для распылнвпющого нефть воздуха, сжатого в особом компрессоре, расположсн-

Фигура 32.

пом сбоку цилиндра. По бокам форсунки находятся вентили: впускной—для рабочого воздуха, и выхлопной— для отработавшего газа. В крышке имеются еще два клапана: для пуска Д. в ход и для распиливающого нефть воздуха (в современных двигателях имеемся одип лишь клапан для пуска машины в ход, компрессор же делается двухступенчатым). Труба по которой поступает рабочий воздух, имеет но осевой длипе прорезы для обеспечения безшумного входа. Все клапаны работают от ку дачных шайб, сидящих на распределительном валу Два рычага: пусковой и форсуночный—посажены па эксцентрике таким образом, что при включении форсу почного пусковой клаиан выключается. При пуск-и машины в ход включают при помощи рукоятки т пусковой клапап, через который сжатый предвари тельпо компрессором воздух поступает в цилиимр

Насос для

Фигура 35.

Фигура 36.

го

Фигура 37

и приводит в действие машипу. После нескольких оборотов пусковой клапан выключается и обратным поворотом рукоятки включается форсуночный. Д. работает по четырехтактному циклу: при первом ходе порпипя вниз поисасывается чистый воздух, который при обратном ходе сжимается до 30—33 atm. За » —У ио верхней мертвой точки открывается вешиль для распиливающого воздуха, и подаппая песколько раньше нефть вдувается в цилиндр, распылнвается и воспламеняется от соприкосновения со сжатым горячим воздухом. Подъем иглы и время открытия (40°—50°) остается постоянным при всяких нагрузках. К моменту воспламенения поршень идет впиз (3 и такт), происходит расширение сгоревших газов и затем иоследпий ход порпшя вверх (4-й такт) производит выталкивание продуктов сгорания. Компрессор для воздуха имеет водяное охлаждение, что является необходимым в виду высоких температур воздуха, cжaJ того до 60—70 atm. Размеры компрессора, который делается обычно двухступенчатым, должны быть достаточны для подачи необходимого количества воздуха. Его размеры берутся у малых Д. около Вии объёма цилиндра, в больших—около /го“

На фигуре 37 дан разрез через цилиндр Аугсбургской конструкции Д. Дизеля. Как видно, цилиндр делается с надеввоп, отлитой отдельно рубашкой, которая при пагревании удлиняется вниз, и температурные деформации, таким образом, не опасны. Кроме того, это дает возможность применять для цилиндра и рубашки разные материалы, соответственно предъявляемым к пим требованиям. Крышка, в которой расположены клапаны, сделана довольно высокой, чтобы удобнее поместить клапапы и в целях более свободного расширения нагретой части относительно холодной.

Форсунка Дизеля состоит из медной трубки, через которую проходит стальпая игла. На ней насажепы кольца с отверстиями, просверленными так, что на четных кольцах они расположены по периферии, а па нечетных - внутри. Подаваемая нефть ложится на эти кольца и при вдувании распиливающого воздуха, когда игла поднимается, устремляется через отверстия по синусоидальным линиям, струи пересекаются под углом и интенсивно распиливаются. Регулирование производится изменением количества впускаемой нефти; количество же воздуха, подъем и время открытия иглы остаются теми же. Таким образом меняется состав смеси. В последнее время Д. Дизеля осуществляют работающим и по двухтактному циклу.

На фигуре 38 даны нормальные диаграммы Дизеля при разных нагрузках. Получить сгорание точпо по линии р - const трудно и, как видим, это достигается лишь при нормальной нагрузке. При перегрузках давление сгорапия даже повышается; при переходе же к нагрузкам меньшим нормальной, сгорание или идет по neo-терме (3/t нормальной нагрузки) или с еще более понижающимся давлением (/ нагрузки и меньше до холост. хода). Точно регулировать давление сгорания трудпо: отчасти оно зависит от давления распиливающого воздуха: чем больше это давление, тем ближе кривая сгорания подходит к в=const; чем меньше давление, тем кривая ближе к £=const. Вообще же давление распиливающого воздуха выбирается таким образом, чтобы кривая сгорания была возможно ближе к виду р — const. Зависит сгорапиф и от подбора отверстий форсунки; обычно размеры этих отверстий колеблются от 4 до 8 mm, в зависимости от мощности Д. Виизу фигура 38 даны две диаграммы для верхней и ннжпей ступени компрессора. Обычно обе ступени компрессора выбираются так, чтобы работа их была одинакова. Это достигается подбором одинаковых отношений давлений в каждой ступени. Компрессоры обыкновенно имеют приспособление для регулирования количества воздуха в зависимости от нагрузки.

Д. Люцемейера. Люцемейер взял тип нормального гавовсасывагощого Д. и применил к нему принцип Дизеля. Рабочее топливо (нефть) подается не под большим давлением, как у Дизеля, а под атмосферным. По конструкции Д. напомппает обыкновенный газовсасывающий Д. Нефть подается в открытый капал, где она остается в продолжение всего нроиесса сжатия и по горит в виду малого количества воздуха в канале. Когда воздух в цилиндре сжит до необходимого давления, из отдельного компрессора вдувается в канал воздух и, распыливая нефть, уносит ее в цплиндр. Если в Дизеле давление распиливающого воздуха достаточно иметь 42 — 50 atm, то здесь его необходимо доводить до 60 — 70 atm, иначе неизбежно догорание. Расход топлива в этом Д. почти такой же, как и у Дизеля. Если принять во внимание, что он более дешев и проще по уходу, то станет ясной причина его распространения,

//. Брилинг.

II. Двигатели водяные.

Пужно различать три способа извлечения механической работы из энергии падающей воды. Пусть мы имеем запас текущей воды (в количестве Q куб. мт. в секунду) на некотором уровне и можем перевести эту воду на другой, низший уровень при вертикальном расстоянии между ними — Я. При этом переходе вода может совершить некоторую работу. Можно в вфрхпем уровне принять воду па подвижные чашки, например в ковши, расставленные по ободу колеса, сидящого на горизонтальной оси, или размещенные на безконечной цепи, перекинутой через два блока: ничем не подпертая пода будет падать и вертеть колесо, работая исключительно своим весом. Совершенная им работа равна работе падения QfH кгр.-мт. Конечно, колесу будет отдапа не вся эта работа, а меньшая, только 100 т, % полной работы, где tj —коэффициент полезного действия устройства.

Трубою или резервуаром, достаточно больших размеров, можно спустить воду с верхпяго уровня на нижний, где помощью, например, золотника, подобного золотнику паровой машины, переводить ее то па ту, то на другую сторону поршня, ходящого в цилиндре. Если бы размеры всех сечений, через которые проходит вода, были безконечно велики, так, чтобы скорость ея была безконечно мала, то избыточное над атмосферным давление на едипицу площади поршпя не отличалось бы от гидростатического давления р — у Я; если, далее, F есть плошадь поршня, s—его ход и и число двойных ходов в мипуту, то работа воды, отданная поршню, благодаря ея давлению, была бы в 1 сек.;

2sn 2sFn

я Л —60“ =р- — 60 - =РЧ= -i“Q «р.-мт.

И тут вследствие конечных размеров водопроводе, разных сопротивлении, гидравлических и механических, поршень примет и может передать только часть (100 т) %) этой работы, совфршоппой водой.

Наконец, можпп, сведя трубою поту до нижнего уровня, заставить ее вытекать струею; скорость вытегкачия, если отвлечься от потерь, есть в=|/2<7 Я. Принимая эту струю на надлежащим образом устроепные лопатки, расположенные, папример, на ободе колеса, мы заставим колесо вертеться. Живая сила этой струи за 1 сек., очевидно, и есть запас работы, — она равна

1UV-

~2~

Ql 2 gH 0 ‘ 2

QfH кгр.-мт.

Попятно, и тут есть потери, и полезная работа меньше располагаемой.

Во всех этих 3-х случаях запас работы одип и тот же по величине, хотя и различен по качеству, почему требуются различные устройства приемников. Попятно, что пет приемников, которые работают только весом, или только давлением, или живой силой; всегда фигурируют по крайней мере два рода эпергии. Нельзя, папример, расположить приемную лопатку колеса непосредственно в верхнем уровне: чтобы на нее в 1 секунду попало Q nit9, ея ширина должна была бы быть безконечно велика, а раз опустим лопатку ниже, чтобы получить копечную толщину слоя над пей, па нее будет попадать вода, опустившаяся уже на высоту этого понижения, т. е., приобревшая уже соответствующую живую силу; поэтому вода работает в таком колесе не только весом, по и живой силой. Но все-таки в разных приемниках вода работает преимущественно тем или иным способом. Поэтому различают приемники, работающие преимущественно весом воды, или ея давлением, или же ея живою силою. К первому типу двигателей относятся водяные колеса, ко второму —водостолбовыл машины и к третьему — часть конструкций водяных колес и все турбины. В последнем случае трудно провести разницу между колесами и турбинами, исходя из способа действия в них воды; при этом делении выступают дополнительные конструктивные признаки.

I. Водяные колеса, работающия главпым образом и весом воды, всегда заклинивлются на горизонтальномвалу и несут на своеq периферии ряды лопаток, образующих ковши или их подобие. Конструкции в к. различают в зависимости от места входа воды в него и от впускного устройства.

На фигуре 1-ой представлен тин деревянного палив-

Фигура 1.

ною колеси, а на фигуре 2 изображено такое же металлическое. Из водонапорного впуска вода подается приблизительно на верхний конец вертикального диаметра колеса; попадая в ковши, она вращает колесо и выливается из них в отводящий канал. Такие колеса им+ют обыкновенно диаметр только немного менее напора; понятно поэтому, что они неприменимы при

Фпг. 2.

малых напорах; ук.занный на фигуре 1 папор есть примерно наименьший, при котором ьозможна целесообразная устаиовка наливного колеса. С другой стороны, при напорах свыше 10—12 mtr токое колесо было бы несообразно большого диаметра, а потому установка наливных колес считается удобной при напорах сгы-ше 3 mtr, но не более 10—12 mtr. Кроме размеров колеса, есть eme причина, не допускающая установки наливных колес при больших напорах. Мы сказали, что место входа воды в колесо располагается возможно близко к верхпему уровню с тем, чтобы получить небольшую абсолютную скорость втекания в колесо: благодаря неизбежному удару при входе значительная часть живой силы, соответствующей этой скорости, пропадает бесполезно для работы. Эту потерю стараются удержать не выше 7—10 % всей располагаемой работы, а для этого свободный напор в водоспуске не должен быть больше 0,2—0,5 мтр. Так как скорость вращения колеса должна быть в соответствии со скоростью вытекания из водоспуска, г.-е тоже должна быть мала, то с увеличением напора и соответствующого увеличения диаметра колеса число оборотов последнего должно уменьшаться; число оборотов поэтому при малых напора ч достигает 10—12 в минуту, при больших—падает до 2—3. Столь большая тихоходном исключает возможность применения таких колес при напорах больших 10—12 mtr.

Кроме потерь ирн входе, в этом типе колес, устраиваемых обыкновенно без кривой стенки, видной справа внизу на фигуре 1, имеется заметная потеря вследствие преждевременного вытекания воды из ковшей. Эта потеря усиливается при более быстром вращении колеса, вследствие центробежной силы. Надлежащей формой ковшей (их углублением) можно уменьшать эту потерю до 8-12%, а устройство зоба, подобно фигура 1, уменьшает еф еще значительнее, во зато вносит потерю на трение воды об стенку. — Наконец, при глубоких ковшах го сравнительно обуженным входом появляется новое неудобство: при входе воды стесняется выход воэдуха из ковша, вследствие чего приходится прибегать к оинтилировагиию ковшей помощью отверстий, оставляемых в опалубке колеса; но и это можно делать только с большою осторожностью, так, чтобы через эти отверстия вода не могла выливатъся из ковша внутрь коде са еще с самого начала.

Наконец, на фигуре 1 видно, что нижняя часть колеса вращается против течения воды в отводящем канале. Поэтому такое колесо нельзя затоплять: напротив, его подвгыипвают на некоторой высоте над уровнем в отводящем канале. Коль скоро этот последний не постоянен, а это наблюдается очень часто, колесо следует ставить по крайней мере не ниже наивысшого стояния воды в отводящем канале; понятно, что при всяком другом стоянии воды вертикальное расстояние от колеса до воды является чистой потерей напора.

Коэффициент полезного действия такнх колес вообще высок; при правильно построенном и аккуратно установленном колесе он обыкновенно не менее 0,7, поднимаясь до 0,8 и даже более при больших напорах; при малых напорах он надает до 0,65. Мощность таких колес обыкновенно не превосходит 30—40 лошад. сид; утилизировать ими расходы свыше 1 mtr3 почти невозможно. Средний вес наливного металлического колеса на 1 лошадиных силу можно считать от 0,4 до 0,5 т.; однако при узких колесах и при больших диаметрах вес на силу достигает 0,9 т. и даже значительно больше.

На фигуре 3 представлено наливное колесо, отличаю щефся от предыдущого как исключительно металлической конструкцией, так и наличностью зоба, предотвращающого преждевременное излияние воды, наличностью вентиляции ковшей и, наконец, изменением направления вращения колеса относительно отводящого канала, вследствие чего оно отчасти затоплено.

Форма колеса совершенно изменяется, если впуск коды в него производится помощью особых наира пляющих каналов; в свою очередь форма последних зависит от того пункта колеса, в котором оно принимает воду. Точка входа воды располагается как на верхпем копце вертикального диаметра, так и ниже. Таким образом получается заднепа.ипопов колесо Сми-тона (относится к 1813 году) (фпг. 4). Условия входа воды в ковша этого колеса менее благоприятны, нежели в обыкновенном наливном, так как вода впускается неизбежно под ббльшим паиором, а олед., с большей скоростью; зато в силу направления своего вращения оно нф боится подтоииа.

Во избежание преждевременного выливании воды из ковшей, ясно видного ни фигура 4 и дающого тем большую потерю, чем быстрее пущено колесо, то есть чем больше допущен напор над отверстием направляющого водоспуска, необходимо устраивать зоб (каменный или деревянный); ов должен обнимать колесо тем выше

чем мельче ковши. Но в таком случае необходим“ прибегать к вентиляции ковшей.

Такие колеса употребляются в тех же почти пределах напора, как и наливныя; их коэффициенты полез-

Фпг. 5.

Фигура 3.

ного действия тоже одинаковы. Вес на каждую сиил. может быть здесь несколько уменьшен, так как при наличности зоба наполнение ковшей может быть увели чено ).

При напорах менее 3 mtr. наливные колеса того и другого типа становятся малоудобными, а при напорах меньше 2 mtr — невозможными в силу черезмерно малого диаметра. Развивая в этом случае идей задненаливного колеса, можно перейти к средне- и нижпе-бийпым колесам с направляющими водоспусками, хотя, строго говоря, такие колеса были известны изстари и современные их Формы получены видоизменением этих старых типов. На фигуре 5 представлено средне-бойное металлическое колесо. В таких колесах зоб по существу необходим, и лопатки колеса тем самым погружены в воду отводящого канала; поэтому форма лопаток должна быть подобрана так, чтобы оне возможно легко выходили из воды; это же накладывает предел на величину скорости вращения колеса. Наклон стенок направляющого водоспуска должен быть выбран так, чтобы удар при входе был возможно мал. Трудность выполнения и поддержания зоба вполне концентричным с колесом дает довольпо заметную непроизводительную утечку через зазор в зобе (до 1,5—2°/0); опа может значительно возрасти, если торцевия стенки лопатчатого венца оставлены открытыми. В хорошо построенных колесах главной потерей являет-етсл все-таки потеря при входе (10 — 12%), затем заметна потеря при выходе (4—5%). В итоге коэффициент полезного действия таких колес достигает 75—80%. Бес их па 1 лошадиных силу приблизительно таков же, как и для паливных; однако при напорах около 2,5—3 mtr, которые для наливных колес уже малы, а для среднебой-ных относятся к большим, эти последния выходят легче, чем наливные ).

Направляющие водоспуски употребляются также и и при наливных колесах, хотя и не в полном виде: направляющая стенка делается только под струею, верхняя же ея часть открыта Такое устройство было выше, на фигуре 1; оно употребляется и в колесах Попселе

Фигура ч.

) Самое большое в свете колесо построено по втом типу в Гриноке (Шотландия). При напоре 64/(19,5 mtr) и расходе 55 куб. фут. (0,98 mtr3) оно имеет диаметр 70 (21,35 mtr) и ширину и“/J (3,8 mtr); число оборотов около 1,3 в минуту. Полезная работа колеса 191 лош, сила при коэф. полезного действия 0,75.

) В 1874 году на Кренгольмской мануфактуре, утилизирующей воды Нарвского водопада, еще работало последнее (из четырех) самое мощное в мире водяное колесо: оно давало от 400 до 450 лошадиных сил. Это было средненаливное колесо с направляющим водоспуском. Работая на напоре в и]1 (5,18 mtr), оно имело в диаметре )°f (9»15 mtr), ширину 25 (7,625 mtr), радиальную глубину венцов з (0,915 mtr) и делало от 4 до 4% оборотов в минуту, при окружной скорости почти в 2 mtr. Металлические части колеса весили около юо т., то есть около 0,23 tn. на силу. Наливное колесо той же мощности при этом напоре было бы невозможно, так как при меньшем абсолютном диаметре оно не могло бы получить ковшей глубиною в и mtr; пришлось бы увеличивать ширину колеса, что не только удорожило бы его, но и было бы в конструктивном отношении очень затруднительно.

(фигура б), имея в виду, что в этом последнем вода впускается в нижнюю часть колеса, а также для того, чтобы получить возможно малое сжатие струи, щит ставится с большим наклоном. Эти колеса относятся к иижмебойним или подливным и были придуманы в 1825 году инженером и профессором Понселф в замену весьма несовершенных ударных колес (фигура 7), называемых также пошввнними. Оби типа колес находят

Фигура 6.

применение при напорах ниже 1,75 mtr; первое дает коэф-т полезного действия от 0,55 до 0,65; второе же не более 0,35, благодаря крайне невыгодной работе ударом. Это последнее встречается нередко и теперь при небольших напорах, а также в горных странах, благодаря своей необычайной простоте. Но в серьезных случаях оба эти тина совершеппо вышли из употребления и заменяются одним из следующих типов, относящихся к средпебоипим, или подливным колесам.

На фигуре 8 представлено колесо Сажсбъсна, особенно пригодное для совершенно малых напоров; ость случаи ого применения при папоре в 0,3 mtr, по встречаются

Фигура 7.

также примеры их устройства при напоре в 2 mtr. Основная мысль конструкции, появившейся в 1858 году, заключается в том, чтобы впускать воду в колесо с возможно малою скоростью и довольно толстой струей; поэтому внуск делается водосливный; порог водослива делается подвижпой, чем достигается возможность регулировать ход колеса. Кроме того, колесо пускается тоже с малою линейною скоростью вращения, а лопаткам дастся такое очертание, чтобы опе двигались относительно воды, как бы врезаясь в неподвижную воду. Дальнейший путь воды в колесе происходит при очень малых относитсльныхь скоростях. ИИакопець, благодаря медленному вращению колеса, выход лопатокиз воды пе производит большого вол опия: вода как бы выкладыв ется слоями из промежутков между лопатками, а по выливается из них. Благодаря всему этому, коэффициент полезного действия колес Сажебьепа достигает 85%. Благодаря толстому слою воды в них, каждый метр шнрнпы пропускает большия количества воды, так что и при малых напорах колесо при неособенно больших размерах дает большия работы.

Фигура 8.

Существенный их недостаток—это тихоходиость; upu окружной скорости около O.Gintr/scc они делают только I —14; оборота в минуту. Весь этих колес благодаря гихоходности свыше 0,5tn. налош.силу.

Колесо швейцарского нпж -нера Цуппинхери появилось почти одновременно с предыдущим колесом ии построено для тех же целей, по пе ирибегая кь рез

Фигура 9.

кому замедлению хода. Лопаткам колеса дают очер таиис (фигура 9). имея в виду, главным образом, условия их выхода из воды, так чтобы опе пе подхватывали обратно воду по возможности даже в случаях переменного нижнего уровня. Для уменьшения же потери на удар при входе, впуск делается водосливный, так что абсолютная скорость входа поды не велика; слои поды делается толще, пежелн при водонапорных впусках, а потому ширина венца занимает от 0,5 до 0,66 радиуса колеса, так что опа примерно так же велика, как в колесах Сажебьена; главные потери работы слагаются изудара при входе, иепроизводительной утечки в зазоре между зобом и колесом и работы треиияв опорных частях. Тормозные испытания таких колес дают от 75до 80 °/0 полезного действия. Их строят при напорах от 0,6 mtr до 3 mtr, давая им диаметры от 5 до 7 mtr. Ширина их достигает 4,5 mtr и не бывает меньше 1 mtr Числа оборотов таких колес обыкновенно задаются от 3 до 6 в минуту. Их вес на каждую силу колеблется в пределах от 0,25 до 0,4 mtr, то есть несколько менее наливных колес. Наконец, следует отметить, что эти колеса менее всех других боятся затопления; есть примеры, когда они работали, погружаясь в нижнюю воду на целых 1,5 mtr.

Из приведенных кратких описаний существующих систем водяных колес можно вывести следующия характерные их свойства.

1) Во всех водяных колесах (кроме подливных колес и колес Понселе) вода работает почти исключительно своим весом.

2) Мощность колес не велика; вообще говоря, она не превосходит 50—70 лошадиных сил, в исключительных случаях поднимаясь до 200 лошадиных сил.

3) Водяные колеса представляют грузные, тихоходные машины, требующия дальнейших тяжелых передач и массивных фундаментов.

4) Водяные колеса применимы только при малых и средних напорах.

5) При хорошем исполнении и правильной конструкции эти машины обладают очень высокими коэффициентами полезного действия. Некоторые конструкции, наоборот, отличаются только посредственным (деревянные наливные) и даже плохим (подливные) полезным действием, но зато крайней простотой устройства.

6) Уход за этими двигателями вообще очень прост. Но отношению к морозу водяные колеса считаются не очень чувствительными, особенно если они работают в закрытых помещениях и снабжены решетками в подводящем канале. Когда на первом плане стоит простота и надежность устройства, колеса являются вполне целесообразными двигателями. Вообще же применение их теперь ограничено, хотя вряд ли они когда-нибудь будут окончательно вытеснены турбинами.

Водяные колеса были известны еще в глубокой древности и применялись для разнообразных целей. Понидимому, самое первое упоминание о водяном наливном колесе, дошедшее до пас, принадлежит главному инженеру г. Рима времен Цезаря и императора Августа Марку Вигпрувию Воллиону; в девятой книге своего сочинения „И)е architectura44 он рассказывает о водяных часах, изобретенных Ктесибивм из Александрии около 140 г. до Р. X. В состав механизма этих часов, построенных на основании того, что для опорожнения сосуда данной емкости требуется определенный промежуток времени, входило маленькое наливное колесо. Из этого можно заключить, что идея наливного колеса уже существовала в то время, хотя обыкновенно считают, что наливное колесо было изобретено в средние века в Германии. В 10-й книге того же сочинения Витрувий описывает водоподъемное устройство, приводимое в движение текучей водой. По рисунок 10 видно, что это было подливное ударное колесо, снабженное для подъема воды рядом ковшей; тут же Витрувий упоминает о том, что такие же колеса применяются для мукомольных мельниц. Географ Страбон, живший в ту же эпоху, что Витрувий, указывает, что во времена Митридата VI, умершого въ64г. доР. Х., въПонте (северо-восточная часть Малой Азии) имелась мельница, приводимая в движение водою. Далее, из эпохи великого переселения народов имеются сведения, что когда остготы под предводительством Витигеса осаждали Рим в 536 году, то они перекопали все 12 римских водопроводов, чем лишили город не только питьевой воды, но и той, которой работали мукомольные мельницы, так что для помола заготовленного зерна Велизарий приказал поставить мельничные колеса и жернова на лодках на Тибре. На основании этого рассказа приписывают изобретение пловучих подливных колес Велизарию. В позднейших сочинениях, особенно начиная с XV’ века, в записках Леовардо-да-Винчн и его современников, Мариана Якова, Георга Агриколы (саксонца, но фамилии Bauer) и других, встречаются чертежи, эскизы и оиисапия разнообразных конструкций, преимущественно ударных подливных колес, но отчасти ц наливных; особенно разнообразны применения этих машин: к мукомольным мельницам, кузнечным ивообще металлургическим операциям, к шахтным подъемникам и так далее В эту эиоху водяные мельницы были распространены и в России и даже различались водяные колеса простия и „немецкия14, как это следует из писцовых книг времен Иоанна IV и особенно

времеп Годупова (см., например, „Писцовия книги Рязанского края1“, изданные под редакцией В. Н. Сторожева, стр. 432, 471, 487, 657 и др.). Итальянец Навел Иовий посетил Москву в 1525 г. и видел здесь „речку Неглинную, приводящую в движение множество мельницъ44. В „Истории города Москвы44 Ив. Забелина на стр. 163 читаем: „один из хронографов упоминает, что благоверный царь (Михаил Федорович) «хитростройными художествы возвел воду из Москвы-реки на царский двор ради великого потребовапия»44. В ту эпоху в Европе были распространены насосы, приводимые в движение водяными колесами, и наливными и подливными, и можно думать, что иностранные мастера применили ту же систему и в Москве, пользуясь напором плотин на речке Неглипшой.

Изучение условий работы водяных колес и их усовершенствование началось только в средине XVIII столетия, после теоретических работ об ударе струи воды французского ученого Борда и после экспериментальных работ, произведенных над моделями колес разных систем: Де-Парсиё (1751 г.), Смитов (1759) и аббат Боссю (1777) обнаружили опытным путем всю невыгодность ударного колеса, определили наивыгоднейшия условия его работы и доказали все преимущества наливного колеса. В дальнейшем усовершенствовании водяных колес, в применении металлических частей как в колесе, так и в водоспуске, много сделано английским заводом Ферберна в Манчестере и швейцарским заводом Эшера, Виса и К° в Цюрихе, а в разработке правил рационального конструирования водяных колес наибольшая заслуга принадлежит Редтенбахеру (1846 год).

Подливные колеса, как видно из предыдущого описания, только по конструктивной форме своей относятся к водяным колесам; работают же они, отнимая у воды ея живую силу, а потому, согласно указанному в начале разделению, их нужно бы отнести к турбинам. Живую силу, нужную для работы таких колес, получают благодаря напору (фигура 6 и 7). Но во многих реках с быстрым течением живая сила достаточна в самом течении и многие изобретатели издревле стремились создать машины для непосредственной утилизации живой силы потоков. На многих реках России можно видеть установленные между двумя баржами пловучия подливные колеса. Некоторое усовершенствование их находим в так называемой бочке Колладона (фигура 11), представляющей то же подливное колесо, но малого диаметра, выполненное в виде поплавка; надлежащая зубчатая передача соединяет вал бочки, колеблющейся вместе с уровнем реки, с фабричным валом, лежащим на берегу в неподвижных подшипниках.— Издавна было стремление построить колесо, лопатки которого были бы возможно долго погружены в текучую воду, чтобы полнее извлечь ея энергию. В этом стремлении наметились два пути. С одной стороны, вместо пловучого подливного колеса устраивали целую цепь (Ромап) с лопатками, направляемую двумя блоками на горизонтальных осях; одна из них была валом, отдающим работу к машипам-орудиям. Та часть цепи, которая движется против течения, находится в воздухе, а потому

и не встречает заметного сопротивления; увеличение же числа лопаток, движущихся одновременно под водою, конечно, увеличивает мощность машины, по далеко не пропорционально своему числу, почему такие машины и не оправдали возлагавшихся на них надежд. С другой стороны, разными приемами старались осуществить мысль, изображенную на конструкции фнг. 12: к вертикальному валу прикреплены радиальные лопатки,

Фнг. 12.

складывающияся па шарнирах в узенькое ребро, когда оне идут против течения, в раскрывающияся в довольно широкую плоскость, когда оне идут но течению; помещенная под валом доска не только поддерживает подшипник вала, по и способствует своевременному складыванию лопаток. Прилаженная к валу спираль па конической поверхности сделана для того, чтобы применить машину к качанию воды из реки коромыслом с двув.я бадьями. Эгот рисунок приведен ц описан в сочинении, изданном в 1578 году, и приписывается

Якову Бессону, умершему в 1569 году. До настоящого времени эта мысль эксплоатируется многими изобретателями как для ветряных, так и для речных Д.; Яш применял цепь, составленную из подобия парашютов: они раскрыты течением и, идя но течению, воспринимают его работу, а возвращаются против течения в сложенном виде; некоторые конструкторы окружают баржу складывающимися вертикальными полотнищами и так далее Все такие машины не получили распространения в силу крайней громоздкостп и тихоходности: хотя энергия текучей воды и является даровой, но она находится в слишком неудобной форме, чтобы ее с пользой и экономно утилизировать. Если представить себе реку даже с очень большою скоростью течения в 1,5 мтр. в сек. и допустить, что коэффициент полезного действия такой машины, работающей ударом, равен 0,3, то окажется, что на каждую лошадиную силу Д. должен перерабатывать воды не менее 2,2 куб. мтр. в секунду. Соответственным образом должны быть развиты приемные поверхности лопаток, причем для того, чтобы оне извлекали работу, опе должны двигаться, конечно, медленнее (приблизительно в два раза), нежели течение.

II. Водостолбозия машины появились в первой половине ХУПИ века во франции и в середине того же столетия, почти одновременно, в Брауншвейге, в Венгрии и в Апглии; в трех последних случаях опе применялись для водоотлива из шахт. Значительно усовершенствовал эти машины в 1809 году баварский механик Рейхепбах и немного позднее французский инженер Юнкер. В этих прямодействующих водоотливных машнпах насос устанавливался на соответствующей глубине, движущий же цилиндр водостолбовой машины устанавливался так, чтобы иметь надлежащий напор рабочей воды. Как рабочая, так и откачиваемая вода отводятся из шахты через водоотливную штольню в ближайший овраг. Поршни двигателя и насоса связаны штангами. Цилиндр водостолбовой машины обыкновенно простого действия; его ход вверх совершается рабочей водою и соответствует асто всасыванию насоса; нагнетательный ход вниз и вытеснение рабочей воды производится весом поршней и штанг. Для распределения воды употребляются уравновешенные цилиндрические золотники; при больших машииах эти громоздкие органы приводятся в движение вспомогательной маленькой водостолбовой машинкой, так называемым сервомотором, а последний управляется механизмом, связывающим его со штангами главной машины. Регулируются оне или дроссельными клапанами на подводящей трубе, что мало рационально, или изменением длины хода машины, что отчасти ухудшает работу насоса, или же введением в рабочий цилиндр вместо воды воздуха. Важным вопросом в конструкции таких машин является уравновешивание больших качающихся масс и поддержание возможной равномерности течения в трубах, подводящих рабочую воду. Между прочим из-за этих обстоятельств такие машины очень тихоходны и делают часто менее 10 оборотов в минуту. — В сороковых годах прошлого столетия Армстронг ввел в употребление водостолбовия машины с точным ограничением хода помощью кривошипного механизма, как и в обыкнов иной паровой машине. Вращающийся вал таких машин и их маховое колесо позволили применять их для более разнообразных целей, не ограничиваясь машинами с прямолинейным возвратным движением рабочого органа. Кроме того, изобретенный тем же Армстроигом гидравлический аккумулятор (смотрите 1, 586/87) позволил пользоваться водостолбовыми машинами не только при наличности естественного напора, но в качестве вторичных двигателей, утилизирующих энергию, созданную и централизованную насосами вместе с аккумулятором. Очень широким применением пользуются в таких условиях водостолбовия машины не непрерывного действия, а в применения к прессам, подъемникам и тому подобное. машинам-орудиям, особенно там, где нужны громадные усилия во мпого т.. Но есть также водостолбовия машины, наир. Шмидта, Брандта, Бродерхуда, Ричча и др., могущия работать как настоящие Д., например, хотя бы на привод. Для примера укажем на машину Шмидта, построенную в 1870 году и имевшую широкое применение в промышленных заведениях Женевы, где опа работала от городского водопровода высокого давления идо 14 атмосфер). Как видно на фигуре 13, это одноцилиндровая машина двойного действия с качающимся цилиндром С, шипы которого М лежат в двух иоиеречинах D J); эти

последния в свою очередь соедппены шарнирно с коренными подшипниками L, причем ось шарниров совпадает с осью коленчатого вала Wi другой конец поперечин D опирается помощью болта-колонки 11 па станину. Отпуская этот болт, легко подпять веси»

Фигура 1Ь.

цилиндр на поперечине, как на рычаге, я получить доступ, для осмотра или ремонта, к распределительному зеркалу, которое выполнено в виде цилиндрической поверхности, очерченной из центра цапф М. Эта поверхность со стороны станины имеет три широких

Фигура 14.

окна, из которых среднее соедипепо с подводящей трубою Е, а два крайния—с отводящей А. В указанном на рисунке положении поршень движется слева направо, вращая вал по часовой стрелке, причем в следующий момент как впускное, так и выпускное окна начнут постепенно закрываться.