колесо Понселе

Колесо Понселе — это тип водяного колеса, изобретенный Жаном-Виктором Понселе во время работы в Школе прикладных технологий в Меце . Это примерно удвоило эффективность существующих водяных колес с пониженным потолком за счет ряда усовершенствований в деталях. Первое колесо Понселе было построено в 1838 году, и его конструкция быстро стала распространенной во Франции. Хотя эта конструкция представляла собой значительное улучшение по сравнению с существующими конструкциями, дальнейшие улучшения конструкции турбины сделали колесо Понселе устаревшим к середине века.

Дизайн

Традиционные водяные колеса с нижней подачей состояли из ряда плоских лопастей, прикрепленных к ободу колеса. Лопасти обычно были радиальными, то есть устанавливались так, чтобы они были направлены прямо по радиусу колеса. Когда вода из напорной магистрали текла мимо колеса, она попадала на лопасти, и часть ее кинетической энергии превращалась в работу колесом . Однако большая часть воды отражалась от лопасти, и в результате возникшей турбулентности большая часть энергии преобразовывалась в тепло. Этот процесс не был эффективным; большая часть первоначальной скорости в воде осталась в ней, а это означает, что кинетическая энергия не улавливалась. Типичный КПД водяных колес, использующих только кинетическую энергию, составлял около 30%. Эти колеса называются потоковыми водяными колесами или кинетическими водяными колесами. Вместо этого на участках с низким напором, например, менее 1,5 м, используются недопущенные водяные колеса, которые также используют потенциальную энергию потока с КПД до 84%. Типичными примерами являются Sagebien и Zuppinger подводные водяные колеса .

Жан Шарль де Борда был первым, кто непосредственно охарактеризовал эффективность водяных колес, сравнив скорость воды до и после встречи с колесом. Понселе был знаком с этой работой и начал искать способы улучшить конструкцию. Он заявил, что «поразмыслив над этим, мне показалось, что мы могли бы выполнить это двойное условие, заменив прямые лопасти на обычных колесах изогнутыми или цилиндрическими лопастями, представив их вогнутость течению».

В его конструкции использовались изогнутые лопасти, расположенные так, чтобы вода касалась лезвия ровно по краю, а не сбоку. Это устранило «отскок», лишавший типичную конструкцию мощности. Вода поднималась в канал между лопастями примерно на 15 градусов поворота, а затем, еще через 15 градусов, стекала обратно, где выпадала из канала по изгибу лопасти, передавая дальнейший импульс. К тому времени, когда он ушел, вода почти не имела скорости. По его оценкам, практические колеса будут достигать 80% для потоков с низкой скоростью и 70% для потоков с высокой скоростью, которые слишком быстро наполняют ведра.

Понселе разработал конструкцию в 1823 году и построил небольшую модель в 1824 году, продемонстрировавшую эффективность 72%. За этим последовало несколько коммерческих моделей, в том числе большая установка в Меце, которая обеспечивала на 33% больше мощности, чем традиционное колесо, которое оно заменило, несмотря на то, что была реализована лишь часть конструкции. Он опубликовал более длинную статью о конструкции в 1826 году и гораздо более подробную версию в 1827 году. Эта конструкция получила премию Prix de Mecanique от Французской академии наук , которая финансировала разработку водяного колеса, а также наградила несколько других проектов аналогичными наградами.

Колеса Poncelet стали распространены во Франции и Германии, где были распространены конструкции с перекатом. Однако масштабная установка паровых машин и водяных турбин привела к тому, что колесо Понселе вышло из употребления.

См. также

• Водяное колесо
• Колесо Сагебьена , аналогичная концепция той же эпохи.

Ссылки

Библиография

• Терри Рейнольдс, «Сильнее сотни мужчин: история вертикального водяного колеса» , JHU Press, 2003 г.
• «Дизайн Понселе» , WaterWheelFactory
• Дж. Б. Калверт, «Турбины» , 23 июля 2003 г.
• Джей Джей О'Коннор и Э. Ф. Робертсон, «Жан Виктор Понселе»

• Куаранта, Э. и Мюллер, Г., [Водяные колеса Сагебиена и Цупингера для гидроэнергетики с очень низким напором], Журнал гидравлических исследований, 2017 г.
• Куаранта, Э. и Ревелли, Р. [Моделирование CFD для оптимизации конструкции лопастей водяных колес], Питьевая вода, инженерия и наука, 10, 27–32, 2017. https://www.drink-water-eng-sci.net /27.10.2017/dwes-10-27-2017.pdf