Сделай Сам (Огонек) 1997-05, страница 16

ние века. И только в период развития мануфактур появились средне- и врехне-бойные колеса, имеющие более высокий КПД. Знаменательно, что даже тогда, когда первые машины стали устанавливать на суда, когда было изобретено гребное колесо с поворотными лопастями (плицами), которые, загребая воду при вращении колеса, поворачивались, оставаясь почти перпендикулярными относительно направления движения судна (рис. 5), тем самым увеличивая эффективность гребка, водяные колеса продолжали постоянно совершенствоваться, перенимая все лучшее у своих «младших братьев» — гребных колес, и не желали уступать свое место паровой машине без борьбы.

Понятно, что гребное колесо — устройство обратимое. Если его использовать в качестве нижнебойного водяного колеса, например, на водяной мельнице, оно будет работать более эффективно, чем обычное водяное нижнебойное колесо с радиальными лопастями. На первый взгляд, водяные колеса, изобра

зи. 5.

Гребное колесо парохода с поворотными лопастями (плицами):

1 — остов колеса;

2 — ступица колеса;

3 — ступица

механизма поворота лопастей; 4 — лопасть; 5— рычаг лопасти; 6 — тяга рычага; 7— рычаг поворота ступицы механизма поворота лопастей

женные на рис.4, весьма похожи друг на друга. На самом же деле нижнебойное колесо коренным образом отличается от среднебойного и верхнебойного. Ведь если два последних колеса приводятся в действие преимущественно весом воды, задерживающейся на лопастях колеса при падении с уровня воды перед плотиной до уровня воды за плотиной, то нижебойное колесо приводится в действие струей вытекающей из-под плотины воды, используя ее кинетическую энергию. Если первые два колеса можно (по аналогии с электродвигателями) назвать синхронными машинами, то третье — машина асинхронная. Оно способно отбирать энергию от потока только в том случае, если поток будет терять энергию при встрече с лопастью, а это случается только тогда, когда скорость лопасти колеса больше нуля и меньше скорости потока.

И чтобы знать, как лучше использовать кинетическую энергию потока, надо разобраться, каким образом следует направить поток на лопасти колеса и какой формы сделать сами лопасти.

Известно, что F — сила лобового

¹ давл.

сопротивления тела потоку — определяется по формуле:

Рдавл =С_Х -S р V_c²/2, где С_х — безразмерный коэффициент; S — площадь миделевого сечения; р — плотность жидкости; V_o— скорость потока жидкости. С_х, называемый коэффициентом лобового сопротивления, имеет одно и то же значение для всех тел одинаковой формы и одинаково ориентированных относительно потока, то есть не зависит от размера тел. На рис. 6,а приведены значения С_х для тел разной формы, но с одинаковыми миделевыми сечениями. (Миделевое сечение — наибольшее по площади сечение тела, образованное плоскостью, перпендикулярной к потоку. К площади миделевого сечения обычно относят действующую на тело силу сопротивления.) Понятно, что силы лобового сопротивления тела потоку будут пропорциональны С_х. Из данных, приведенных на рис. 6,а, видно, что наибольшим значением С_х (аследователь-но, и F ) характеризуется диск.