В школе, на уроках истории (а вовсе не физики, почему-то!), нам рассказывали, что ещё в давние времена люди научились использовать силу текущей воды в своих целях. В самом деле, если вода просто так течёт и сносит купающихся, вынуждая их интенсивно сопротивляться потокам, а иногда просто сносит всё на своём пути, почему бы не заставить её работать на человека? Или же падает вода сверху, водопадом, опять же, дармовая энергия впустую расходуется, а можно ведь её на доброе дело пустить!
Так появились сначала нижнебойное колесо, как самое минимально эффективное, затем среднебойное, а потом и верхнебойное. Плюс всякие вариации на тему.
Но умные люди заметили: оказывается, очень многое зависит от геометрии самих лопаток. Потому что если вода задерживается на них дольше и покидает колесо медленнее, следовательно, можно извлечь больше энергии жидкости.
Таким свойством обладает, например, ТУРБИНА ПЕЛТОНА, разработанная в 1870-х годах американским изобретателем Лестером алланом Пелтоном.
В 1880 году он получил патент на колесо, которое можно было установить на малых реках и даже ручьях, чтобы получать механическую энергию для использования в горнорудном производстве, при добыче золота.
Пелтон видел, что если использовать паровые двигатели, они потребляют огромное количество топлива, а вода - она ведь просто течёт мимо. И даже если нет возможности построить плотину и устанавливать верхнебойные колёса, всё равно, остаётся возможность максимально взять энергию воды с помощью нижнебойного.
В патенте Пелтона было указано, что форсунки должны направлять мощные высокоскоростные струи воды сразу на насколько лопаток, имеющих особую форму. Когда вода попадает на них, направление её движения меняется и следует контурам лопастей. Импульсная энергия водяной струи оказывает крутящий момент на систему "ковш-колесо", заставляя колесо вращаться. Затем водяная струя делает «разворот» и выходит с внешней стороны ковша, замедляясь до низкой скорости. Импульс водяной струи передается колесу и, следовательно, турбине.
Пелтон рассчитал, что максимальная мощность и эффективность достигаются, когда скорость водяной струи в два раза превышает скорость вращающихся ковшей. Конечно, не вся энергия воды передаётся турбине, часть остаётся. Однако КПД здесь действительно гораздо более высокий, чем в стандартных конструкциях, с другой геометрией лопаток и без использования форсунок.
В дальнейшем тема получила развитие при использовании двух ковшеобразных лопаток, расположенных рядом, при этом струя воды разделяется на два равных потока. Это уравновешивает боковые нагрузки на колесо и помогает обеспечить плавную и эффективную передачу импульса от струи воды к турбинному колесу.
Создав деревянный, а затем и металлический прототип, Пелтон ещё в 1878 году добился его установки на шахте Мэйфлауэр в Невада-Сити. И хозяева рудника очень скоро увидели все преимущества нового изделия. После этого Пелтон запатентовал своё изобретение, а в 1888 году продал права и патенты на своё изобретение компании Pelton Water Wheel Company в Сан-Франциско.
В дальнейшем было произведено большое количество ТУРБИН ПЕЛТОНА, которые поставлялись по всему миру.
Выяснилось также, что эффективность можно повысить, увеличив количество форсунок.
В 1956 году Pelton Water Wheel Company была приобретена Baldwin-Lima-Hamilton Company, которая прекратила производство таких колёс. Очевидно, на смену этому изделию пришли другие, более эффективные. Или просто тема "текущей воды" перестала быть актуальной.
А ТУРБИНЫ ПЕЛТОНА "разобрали на сувениры", точнее, стали устанавливать в качестве памятников и достопримечательностей в самых разных уголках мира.
Хотя, конечно, зря, ведь такие изделия вполне могут быть использованы и сегодня, например, где-нибудь в далёкой российской глубинки, где полно малых рек и ручьёв, но нет электричества. Почему бы не заставить силы природы работать во благо нас, любимых? Ведь Пелтон на собственном опыте показал, что его турбины очень эффективны именно на водоёмах с относительно высоком гидравлическим напором при низком расходе.
Вон, в Непале они работают до сих пор. И в Швейцарии тоже. И в Китае. Чем мы хуже?
Лестер Аллан Пелтон (5 сентября 1829 - 14 марта 1908) - американский изобретатель, которого считают "отцом современной гидроэнергетики".
Родился в Вермиллионе, штат Огайо, в семье фермера. Учился в школе Каддебек, любил постигать новое, читать книги. Однако хоть семья его отнюдь не бедствовала, хорошего образования Лестер не получил и был вынужден вкалывать с малых лет. Сначала был рыбаком в Сакраменто, потом добывал золотов в Кэмптонвилле, округ Невада.
Однако работать в шахте ему не понравилось, и он решил усовершенствовать методы добычи полезных ископаемых. А поскольку для твёрдых рудников требовалась энергия, чтобы спускать людей в шахты, поднимать вагонетки с рудой и возвращать рабочих на поверхность в конце смены, придумал, откуда её взять.
Конечно же, примерно то же самое уже пытались сделать многие и до него. Но Пелтон, долгое время наблюдая за вращающейся водяной турбиной, решил, что всё это можно сделать более грамотно.
По легенде, на открытие его натолкнул такой случай. Он гнал заблудшую корову со двора своей хозяйки, брызнул корове в нос водой, и струя, разделившись, обогнула ноздри коровы. Поняв нечто очень важное, Пелтон поспешил в свою мастерскую и начал делать водяное колесо с разделёнными металлическими чашами. В итоге оно оказалось самым лучшим и эффективным.
Много позже имя Пелтона было внесено в Национальный зал славы изобретателей. А его турбина выставлена в музеях по всему миру, в том числе в Смитсоновском институте.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!