Колеса вододействующие

или гидравлические - приводятся в движение водой и служат двигателями разных машин на мельницах, заводах и тому подобное. Они подразделяются на подливные, наливные и средобойные, смотря по способу подведения к ним воды. Ставят их или при естественных водопадах, или при искусственных запрудах, устраиваемых с помощью плотин с целью образования двух уровней воды — верхнего и нижнего, и только висячие К. действуют при одном уровне. Основной частью вододействующего К. служит вал, которому, в большинстве случаев, дается горизонтальное положение. Вал оканчивается двумя шипами (цапфами), входящими в неподвижные подшипники. К валу с помощью спиц прикрепляются два обода, между которыми устраиваются перегородки, называемые перьями или лопатками, если они имеют довольно плоскую форму; в некоторых К. эти перегородки имеют весьма искривленную форму (фиг. 1); кроме того, к внутренним окружностям ободьев прикрепляется непрерывный ряд досок, образующий собой цилиндр, ось которого совпадает с осью К., называемый опалубкой.

КОЛЕСА ВОДОДЕЙСТВУЮЩИЕ И ВЕТРЯНЫЕ

1. Форма лопаток наливного колеса. 2. Пошвенное колесо. 3. Колесо Понселэ. 4. Наливное колесо. 5. Колесо Сажбиена. 6. Колесо Зуппингера. 7. Средобойное колесо. 8. Железное колесо с деревянными лопатками. 9. Колесо Галладэя. 10. Колесо Галладэя опущенное. 11. Колесо Эклипс.

В таких К. опалубка, перегородки и ободья образуют ряд сосудов, расположенных по окружности К., причем опалубка составляет дно этих сосудов, называемых ковшами, а перегородки и ободья служат стенками ковшей. Подливные колеса с плоскими лопатками (фиг. 2) называются пошвенными; лопатки их обыкновенно располагаются по радиусам К. Вода подводится к нижней части пошвенного К. с помощью искусственного русла, имеющего дно и боковые стенки, которые не вплотную прилегают к К., но между ними и К. оставляются зазоры. При начале русла подвешивается щит, представляющий собой подвижную поперечную стенку, подниманием и опусканием которой регулируется приток воды под К.; при совершенном же опускании щита приток воды прекращается. Щит, обыкновенно, подвешивается в наклонном положении к горизонту, чтобы уменьшить сжатие струи при входе воды в русло. Работа пошвенного К. определяется по формуле: T=0,6ΔQ(V-v)v/g, где Δ — вес единицы объема воды; Q — объем воды, проходящей в каждую секунду под К. (секундный расход воды); g — ускорение земного тяготения; V — скорость воды и v — линейная скорость оконечностей лопаток. Пошвенное К. при выгодных условиях может дать до 30 паровых лошадей работы. К. Понселэ (фиг. 3) принадлежит к числу подливных и отличается от пошвенного особенной кривой формой лопаток. В этом К. вода, покидая его, обладает весьма малой скоростью, так что наибольшая часть живой силы воды превращается в полезную работу. Работа К. Понселэ определяется по формуле: T=1,2ΔQ(V-v)v/g.

Висячее К. отличается от пошвенного только тем, что не имеет искусственного русла; вал его опирается своими шипами на подшипники, устанавливаемые на двух барках. Висячее К. употребляется там, где не представляется возможности устроить запруду для образования двух уровней. Наивыгоднейшее действие висячего К. происходит при существовании между линейной скоростью v лопаток и скоростью V воды зависимости: v = 0,322V; при таком условии работа висячего К. определяется по формуле: Т = 0,33AV³ паровых лошадей, где А - площадь погруженной части лопатки при полном ее погружении и V - скорость воды, то и другое выражено в метрах. Наливное К. (фиг. 4) строится с опалубкой и ковшами; для подведения к нему воды устраивается ларь, из которого вода вливается в ковши и действует преимущественно своей тяжестью. Работа наливного К. определяется по формуле: T=ΔQ[h+h₂+v(V-v)/g-ξh₂-a], где h — высота уровня воды в ларе над той точкой, доходя до которой ковши начинают выливать воду; h₂ — высота точки, от которой вода начинает выливаться из ковшей до точки, доходя до которой ковши выливают всю заключающуюся в них воду; ξh₂ — высота как бы потерянная от постепенного выливания воды из ковшей; a — глубина ковшей. Наливные К., в особенности при высоте верхнего уровня над нижним, превышающей 5 м, представляют собой один из видов наиболее совершенных гидравлических двигателей. Наливные К., снабженные руслом, окружающим К. с одной его стороны и препятствующим преждевременному выливанию воды из ковшей, в особенности хорошо действуют, но требуют весьма тщательного устройства; такие К. называются средобойными или боковыми. Боковые К. бывают с плоскими лопатками и в них вода набирается в пространства, остающиеся между опалубкой, лопатками и стенками бокового русла. К числу боковых К. принадлежит К. Сажбиена, у которого лопатки наклонены к радиусам К. (фиг. 5). Это К. отличается медленностью вращения, большим расходом воды и способностью давать хорошую работу при весьма небольшой высоте верхнего уровня над нижним (например при 0,3 м этой высоты). К. Зуппингера (фиг. 6) состоит из обода и длинных кривых перьев и охвачено кожухом, образующим круговое русло.

Для быстрого соображения того, какую работу может дать вододействующее К., можно довольствоваться приближенным вычислением, руководствуясь следующим: определяя в метрах высоту H напора, т. е. высоту верхнего уровня над нижним, секундный расход Q (в куб. м) и зная, что вес куб. м воды равен Δ = 1000 кг, по формуле 1000QH определяем имеющуюся в нашем распоряжении полную работу воды; но благодаря трению, разным другим бесполезным сопротивлениям, выливанию воды через зазоры и т. д., К. не может дать этой полной работы, а дает только часть ее, выраженную формулой η1000QH, где η есть некоторая правильная дробь; чем ближе эта величина η подходит к единице, тем большую часть полной работы дает К.; поэтому η называется коэффициентом полезного действия. С помощью его определяется, в процентах полной работы воды при данном напоре, работа, производимая К.; по многим опытам оказалось, что при тщательном устройстве и наивыгоднейших для каждого К. скоростях можно довести η до следующих значений: для пошвенного К. η = 0,30; для К. Понселэ η = 0,60; для наливного К., работающего при напоре более 5 м η = 0,75; для обыкновенных боковых К. η = 0,65 и для К. Сажбиена η = 0,90. Подставляя эти величины в формулу η1000QH, получим в килограммометрах работу, которую, при данном напоре H и расходе Q и при хорошем устройстве, может дать известное К.

Кроме перечисленных К. существует еще множество других систем, в которых также, как и в перечисленных, вода выходит из того же ковша или с той же лопатки, куда она влилась; некоторые из таких колес располагаются и горизонтально, имея вертикальную ось. Но существуют также особого вида К., в которых вода выходит не из той части К., в которую поступила; такие К. называются турбинами (см. Турбины). См. Гидравлика и Гидротехника.

Н. Делоне.