От водяного колеса — к первой водяной турбине

Творческая русская техническая мысль упорно и долго работала над поисками конструкции совершенного водяного двигателя. Обогатили гидротехников труды русского академика Даниила Бернулли. Его труд «Гидродинамика» 1738 г., рассказавший о законах движения жидкостей  вооружил практиков знанием теории, способствовал Правильному решению задач гидротехнического строительства.

Идея совершенного водяного двигателя возникла в стеках Российской Академии наук.

Среди академиков в XVIII в. наряду с Бернулли выделялся своими трудами русский математик, астроном и физик Эйлер (1707—1783 гг.). Наряду с математикой он уделял в своих исследованиях много внимания теоретической и практической механике, морским наукам, гидравлическим машинам, мельницам. В середине XVIII столетия Эйлер пришел к мысли о создании водяного двигателя, работающего не от давления водяной струи, а от реакции этого давления. Другими словами, водяное колесо по мысли Эйлера должно было состоять из двух частей — самого механизма, сообщающего энергию для заводских целей, и агрегата, передающего энергию падающей струи воды механизму, причем этот агрегат мог работать, устанавливаясь самопроизвольно в зависимости от уровня водяной поверхности. Так впервые в мире была разработана теория водяной турбины и составляющих ее — ротора и направляющего аппарата. Эйлер первый предложил колеса с кривыми лопатами и изобрел направляющий прибор. Вода в реактивное колесо конструкций Эйлера перед входом на вращающиеся поверхности (ковша) проходила через неподвижные каналы, придававшие ей теоретически наивыгоднейшие направления и скорость. Эйлер дал основные уравнения гидравлики, которые и в наши дни являются теоретической основой для гидротехников.

Вместе с вкладом академика Эйлера внесли много ранее свой вклад в основы гидротурбостроения русские «водяные люди» — строители древних мельниц. Водяные колеса мутовчатых мельниц, о которых говорилось выше, хотя и не имели еще направляющего аппарата, предусмотренного Эйлером, но были уже горизонтальными,— имели кривые лопатки. Мутовчатые мельницы явились как бы прообразом водяной турбины.

Идея академика Эйлера оказалась весьма заманчивой. Многие западноевропейские ученые и изобретатели — Баркер, Сегнер, Бюрден, Фурнейрон и другие — работали над созданием турбины по его принципу. Однако дальше робких экспериментов дело у них не пошло.

Пока идея Эйлера была осуществлена, прошло не одно десятилетие. Потребности производства между тем все более росли, предъявляя повышенные требования к водяному колесу, особенно к его скорости. Увеличения числа оборотов колеса требовали более производительные прокатные станы, цилиндрические воздуходувные меха, хвостовые молоты, плющильные и резальные машины, появившиеся на некоторых заводах во второй половине XIX столетия. Русские гидротехники продолжали совершенствовать водяные колеса. Если прежде колеса, как видно из чертежа фиг. 4, делали в основном из дерева, то в XIX в. все чаще стали появляться металлические колеса. Некоторые колеса давали уже до 12 оборотов в минуту.

Фиг. 4. Чертеж устройства раскатной машины (прокатного стана) Алапаевского завода (1837 г.)

Улучшая водяные колеса, горнозаводские техники использовали все, чем могла их обогатить передовая техническая мысль того времени. В Свердловском областном государственном архиве имеется интересное дело об устройстве при Екатеринбургском Монетном дворе «водоналивного колеса по способу, изъясненному в книге сочинений профессора Чижова». В январе 1834 г. пом. горного начальника Екатеринбургских заводов, видный инженер-исследователь И. И. Варвинский писал главной заводской конторе: «В сочинении профессора Чижова, под названием «Практическая механика» показаны различные видоизменения наливных колес, из коих об одном виде говорится, что при одной и той же силе колеса, потребно для приведения его в оборот половинное количество воды противу наливных колес обыкновенного устройства. И. д. горного начальника Гороблагодатских заводов воспользовался сею мыслию и устроил у себя подобное колесо, нашел его совершенно соответствующим показанию книги Чижова». Варвинский указывал, что решил «довести до сведения своего начальства сие обстоятельство с тем, что может быть и оно воспользуется сим способом, тем более, что выгода от того происходящая весьма очевидна». Главная контора екатеринбургских заводов предложила конторе Монетного двора «устроить одно водоналивное колесо и донести немедленно о пользе его, дабы можно было воспользоваться устройством оного и другим заводам».

Известный инженер-гидротехник В. И. Рожков, сообщая в «Горном журнале» об успехах усовершенствования водяных колес на Урале перед появлением турбин, отмечал, что «наши колеса обращаются скорее» чем западноевропейские, — и «притом ящики наполняются совершенно».

В 30-х годах XIX в. русская гидротехника сделала смелый шаг от усовершенствования колес к постройке водяных турбин заводского действия. Первая водяная турбина — двигатель промышленного типа — была построена на Алапаевском чугуноплавильном и железоделательном заводе в 1837 году. Изобретателем и строителем ее был уральский умелец, плотинный мастер Алапаевских заводов Игнатий Егорович Сафонов. Этому замечательному сыну нашей Родины впервые удалось осуществить идею русского ученого Эйлера, воплощавшую многовековой опыт великого народа-гидротехника.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7