Гидравлическая сила
Сегодня гидравлические приводы в основном применяются в станках и автоматических линиях, роботах и манипуляторах, системах управления автомобилями, самолётами, то есть сфера их применения ограничена механизмами. Однако в истории техники был период, когда централизованные гидравлические сети обеспечивали передачу энергии и мощности в масштабе крупных городов.
Вообще говоря, гидравлические машины - одно из древнейших изобретений человечества. В Древней Греции в III веке до н. э. был изобретён первый поршневой водяной насос, который использовался для тушения пожаров. Однако основополагающие законы физики, применимые для жидкостей, были сформулированы лишь к середине XIX века. С того времени и началось широкое внедрение гидравлических механизмов и сетей в промышленности.
НОСИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
Теоретическую основу гидростатики заложил в 1647 г. французский учёный Блез Паскаль. Он первым доказал, что вода практически несжимаема и передаёт давление одинаково во всех направлениях, а сила и движение могут транслироваться посредством сжатой жидкости практически без изменений.
Опыты Паскаля с использованием грузов и поршней различной площади продемонстрировали, что гидравлические системы можно использовать в качестве механических усилителей, притом, что силы и перемещения в гидравлической системе связаны так же, как в рычажной механической системе.
В своём «Трактате о равновесии жидкостей» Паскаль предложил устройство гидравлического пресса: в замкнутый сосуд (или два сообщающихся сосуда разных диаметров) с водой вставляются два поршня. При воздействии силы на один поршень начнёт двигаться другой. Сила давления воды на больший поршень будет больше во столько раз, во сколько раз различаются площади поршней.
Однако Паскаль мог говорить об эффективности такой конструкции лишь теоретически - ни ему самому, ни его последователям долгое время не удавалось добиться необходимой герметичности гидросистемы: при больших давлениях вода просачивалась между поршнем и стенками цилиндра и никакого усиления не получалось.
Гидравлический пресс
Прошло почти полтора века, прежде чем в 1795 г. английский изобретатель Джозеф Брама сумел создать работоспособный гидравлический пресс. Проблему уплотнений Браме помог решить его помощник Генри Модсли, который предложил оригинальную конструкцию самоуплотняющегося воротничка. Гидравлический пресс Брамы приводился в действие насосом с ручным приводом и позволял достичь коэффициента усиления давления 1000:1 - эффективная нагрузка в 60 т уравновешивалась всего лишь 60-килограммовым грузом на ручке насоса.
ОТ ПИВОПРОВОДА К СЕТИ
Брама сконструировал и первый грузовой гидроаккумулятор, предназначенный для подачи... пива из бочек, стоявших в подвале паба. Источником энергии для работы пивопровода стал груз, давивший на жидкость своим весом. Впоследствии это устройство стали применять в бытовых водопроводных системах.
В дальнейшем Джозеф Брама развил идею пивопровода и в 1812 г. запатентовал целую систему - централизованную гидравлическую сеть. Такая сеть, по замыслу изобретателя, посредством давления воды передаёт механическую энергию от крупной центральной насосной станции на заводы и фабрики, расположенные по всему городу - примерно так же, как в сегодняшней электрической системе энергия передаётся от электростанции конечным потребителям.
Для того времени это была слишком революционная идея. Прошло ещё шестьдесят лет, прежде чем гидравлическая сеть была построена другим английским инженером и судостроителем - бароном Уильямом Армстронгом.
Экстравагантный промышленник Армстронг был талантливым изобретателем и не менее талантливым коммерсантом, успешно внедрявшим в производство многие свои разработки. Его компании возводили мосты (в том числе знаменитый Тауэрский мост в Лондоне, который поднимался с помощью уникального гидравлического механизма), занимались строительством военных кораблей и производством пушек, гидравлических кранов и прессов. Армстронг, кстати, построил в 1878 г. одну из первых гидроэлектростанций в Великобритании (в Крэгсайте) и оснастил свой дом электрическим освещением.
Вообще говоря, Армстронг стремился к повсеместному практическому использованию энергии воды: механизировал кухню в своем поместье, построил гидравлический лифт, сложную оросительную систему в садах, а уж на основных своих производствах - судостроительных верфях и заводах - постоянно внедрял самую совершенную по тем временам гидравлическую технику.
Гидравлический кран в Венеции.
Армстронг считал, что гидравлические системы лучше всего подходят для обеспечения медленного и устойчивого движения грузов при погрузочно-разгрузочных работах. В середине 1840 гг. он стал пионером в использовании мощных гидравлических кранов на судовых верфях, лично разработав метод подъёма груза за один ход штосселя или поршня.
ГИДРОАККУМУЛЯТОР
Несмотря на высокую эффективность гидравлических кранов, вскоре Армстронг столкнулся с проблемой их ограниченной мощности. Источником питания для кранов, прессов и других механизмов с гидравлическими приводами в Лондоне была городская водопроводная сеть низкого давления. Напор воды в ней создавался водонапорными башнями, поэтому он фактически был лимитирован высотой башни. Кроме того, давление в городских сетях зависело от множества потребителей, а потому было непостоянным.
Естественным способом нарастить мощности гидравлических механизмов, работающих на воде из городских магистралей, представлялось увеличение расхода воды, что выливалось в крупные затраты и зачастую было просто невозможным из-за низкой пропускной способности водопроводной сети.
В 1851 г. Армстронг, вдохновлённый идеей Брамы, придумал альтернативное решение - гидравлический аккумулятор, в котором на закачанную в ёмкость воду давил поршень, утяжелённый тоннами камней или другого балластного материала. Аккумулятор позволял получать нужный напор воды без строительства дорогостоящих высоких водонапорных башен. И поскольку давление создавал в основном вес балласта, а не воды, аккумулятор мог поддерживать в гидросети почти постоянный напор.
РАСЦВЕТ ГИДРОСЕТЕЙ
Изобретение Армстронга оказалось весьма своевременным для стремительно развивавшейся промышленности. Во-первых, оно помогло значительно увеличить количество и мощность гидравлических механизмов на предприятиях. Во-вторых, гидроаккумуляторы позволили промышленникам эффективно передавать мощность на большие расстояния, создавая централизованные гидравлические сети.
Первая и самая обширная гидравлическая сеть была построена в Лондоне, она эксплуатировалась «Лондонской гидравлической компанией». На пике развития компании, в 1917 г., пять соединённых между собой центральных водокачек и десять гидроаккумуляторов питали магистрали протяжённостью почти 300 км. Лондонская водопроводная сеть высокого давления приводила в действие более 8000 гидравлических машин, обслуживая большую часть города.
К концу XIX века гидравлические сети были уже не только в Лондоне, но и в Ливерпуле, Бирмингеме, Манчестере, Глазго, Антверпене, Мельбурне, Сиднее, Буэнос-Айресе и Женеве.
Женевская гидравлическая сеть, созданная в 1879 г., стала второй по величине после лондонской. Мощный паровой насос забирал воду из Женевского озера, подавая её как в городской водопровод, так и в гидравлическую сеть высокого давления. Вода приводила в действие станки на более чем сотне фабрик. Поскольку в конце каждого рабочего дня станки выключались одновременно, в сети возникало избыточное давление, для сброса которого был необходим предохранительный клапан. Этим клапаном стал первый в Женеве фонтан, создававший водяной столб высотой до 30 м.
****
Электрические сети, оказавшиеся более удобными и надёжными, впоследствии полностью вытеснили гидравлические, но в конце XIX и в начале XX веков изобретение Армстронга сыграло огромную роль в развитии промышленного производства.
Взято отсюда.