Водяне колесо

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Наливне водяне колесо

Водяне́ ко́лесо — це механічний пристрій який перетворює енергію потоку води або енергію піднятої води (Гідроенергія), в обертовий рух який може використовуватись в якості рушія в інших механізмах (наприклад водяний млин). Зворотне перетворення застосовувалося в «гребних колесах» на перших пароплавах.

Водяне колесо це велике дерев'яне або металеве колесо з лопатями або ковшами на зовнішній поверхні обода. Лопаті (ковші) утворюють рушійну поверхню. Найчастіше, колесо монтується вертикально на горизонтальній осі, але так зване норвезьке колесо встановлюється горизонтально на вертикальній осі. Вертикальні колеса можуть передавати енергію механізмам через вісь з шестернею і, зазвичай, приводні ремені. Горизонтальні колеса здебільшого використовуються для безпосереднього приводу механізмів.

Розрізняють три основні види водяного колеса для перетворення гідроенергії в енергію обертового руху:

  1. норія або підливне (нижньобійне) водяне колесо, коефіцієнт корисної дії до 35 %;
  2. наливне (верхньобійне), коефіцієнт корисної дії до 85 %;
  3. середньобійне, коефіцієнт корисної дії до 75 %;

Історія[ред.ред. код]

Водяні колеса з'явились у стародавні часи і були у використанні навіть в 20 столітті. Зараз водяні колеса не мають практичного застосування. Головний недолік водяних коліс полягає у їх залежності від наявності і кількості води, що обмежує можливість їх застосування та місце розміщення. Для забезпечення водяного колеса водою часто будувались греблі, створювались водосховища і ставки.

Наукові досягнення дали змогу значно збільшити ефективність водяного колеса в другій половині 18-го століття Серед вдосконалень можна відзначити підвіс колеса та встановлення зубчатої шестерні на ободі або кожусі водяного колеса. Підвіс колеса почав виконуватись у спосіб який можна бачити на сучасному велосипедному колесі – обід постійно напружений від втулки. Це дає змогу робити колеса більшими і легшими порівняно з попередньою конструкцією, де важкі і масивні спиці утримують все навантаження. Менша шестерня, що зчеплена з шестернею на ободі водяного колеса, передає потужність до механізмів використовуючи власний вал. Це зняло з осі водяного колеса обертальні навантаження, що дало змогу робити її легшою, а також додало гнучкості в можливостях розташування силової передачі. Кількість обертів на валу збільшується, що призводить до менших втрат енергії. Приклад такого колеса можна бачити на реставрованому колесі 1849 року у Portland Basin Canal Warehouse [1].

У доіндустріальний період водяне колесо було основним постачальником енергії. Після того як у 1827 році Benoît Fourneyron розробив водяну турбіну, водяні колеса поступово почали витіснятись. Турбіни менші за розміром, дешевші, більш ефективні, а головне здатні працювати з перепадами води, які перевищують практичні розміри водяних коліс. Повне заміщення водяних коліс турбінами відбувалось понад 100 років.

Верхньобійне (і особливо задньобійне) водяні колеса є найбільш ефективним типом; задньобійне сталеве колесо може бути більш ефективним (близько 60%), ніж перші побудовані турбіни.

Потужність[ред.ред. код]

Потужність нижньобійного колеса або колеса просто зануреного в річку залежить від кінетичної енергії потоку. Приблизна потужність, яку можна одержати з такого колеса може бути обчислена за формулою:

Потужність (Ват) = 500 x A x V3 x С

A = Площа занурених лопатей (квадратні метри)

V = Швидкість потоку (метрів за секунду)

C = Коефіцієнт корисної дії (близько 20%)


Швидкість обертання колеса = 9 x V/D об/хв

D = діаметр в метрах


Для середньо - або верхньобійного колеса вага води, що протікає через колесо, множиться на висоту між верхнім та нижнім рівнями води:

Потужність (Ват) = 9,8 x Q x H x C

Q = Вага води (кілограм за секунду)

H = висота падіння між верхнім та нижнім рівнями води (метрів).

C = Коефіцієнт корисної дії


Оптимальна швидкість обертання середньо - або верхньобійного колеса становить приблизно:

Швидкість обертання колеса = 21/ √D

D = діаметр колеса в метрах

Застосування[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]