Водоструйный насос — простейший, но очень полезный агрегат, позволяющий без лишних затрат получить сразу как разрежение на одном конце, так и повышенное давление на другом. Достоинства и недостатки известны — относительно небольшой КПД и необходимость в интенсивном потоке жидкости, но вместе с тем крайняя простота (изготовить его при нужде можно буквально на коленке, из подручных средств), несравненная надежность и нулевые усилия на обслуживание.
Применяется он обычно в лабораториях, где ставить большой механический насос дорого и невыгодно.
Но существует несколько трюков, позволяющих значительно (в 2-3 раза) поднять КПД насоса по сравнению с наивной конструкцией, поэтому и в промышленном масштабе водоструйный насос может быть с успехом применен, составляя достойную конкуренцию другим типам насосов…
В общем виде насос представляет из себя сопло, откуда струя жидкости выбрасывается с высокой скоростью, захватывая воздух из воздухозаборника и поступая в камеру смешения, где происходит дальнейшее сжатие и разделение жидкостно-воздушной эмульсии с выходом пузырьков сжатого воздуха, и выходной патрубок.
Усовершенствования, полученные эмпирическим путем, и направленные на увеличение как объема отсасываемого воздуха, так и его давления, таковы:
— желательно измельчить струю как можно сильнее и обеспечить как можно большую поверхность контакта движущихся частиц струи с воздухом, отсюда вывод, что много мелких сопел отсасывают больше воздуха, чем одно большое
— очевидно, что для использования давления водяного столба большой насос нужно делать вертикальным, причем камера смешения должна быть как можно большей высоты для получения как можно большего давления
-приемную воздушную камеру желательно выполнить в виде сужающегося конфузора для более устойчивой работы насоса при меньшем давлении струи
— диаметр камеры смешения должен быть точно подходящим под размер разлета струи, чтобы исключить потери на обратные турбулентные потоки эмульсии и обеспечить надежный захват инжектируемого воздуха струей
— стенки камеры смешения должны быть достаточно гладкими для уменьшения потерь на трение
— при выходе из трубы насоса для плавного торможение потока и уменьшения потерь на удар и кавитацию нужно предусмотреть расширяющийся диффузор, а внутри него по центру конусообразный разделитель потока
В результате получится нечто вроде этого:
Самым первым известным промышленным применением такого насоса стала каталонская водотрубная воздуходувка, которая также называлась водяным барабаном, или тромпой.
Тромпа состояла из большого деревянного бассейна В объёмом около 10 м3, деревянного «духового» ящика С и двух (или более) вертикальных водопроводных труб АА, которыми ящики соединялись. Водопроводные трубы изготовлялись из чугуна или выдолбленных стволов деревьев, их длина составляла от 3,5 до 8 м.
Вверху в трубы вставлялись воронки из деревянных брусков с. Непосредственно под воронками в стенках труб проделывались небольшие отверстия е (с наклоном около 40…50°). Они имели диаметр около 7…8 см и служили для притока воздуха. Деревянный духовой ящик С имел в разрезе трапецеидальную или цилиндрическую форму. В верхней крышке ящика помещалась прямоугольная труба р для отвода воздуха. На некотором расстоянии от крышки труба с помощью уплотняющей манжеты из бараньей кожи r соединялась с соплом s, сделанным из железа или красной меди. В нижней части одной из боковых стенок духового ящика находилось отверстие n, служившее для выпуска воды. Размеры этого отверстия должен был быть таким, чтобы вода в духовом ящике постоянно оставалась на одном и том же уровне. Под нижними отверстиями водопроводных труб АА располагалась доска, или «скамейка» l, верхняя сторона которой закрывалась чугунной плитой, предохранявшей от разрушения дерево, постоянно подвергавшееся воздействию падающей с большой высоты воды.
Тромпа применялась в комплексе так называемым с каталонским сыродутным горном и водяным молотом особой конструкции. В таком виде процесс производства кричного железа оставался конкурентоспособным по отношению к более прогрессивной технологической схемой, включавшей доменную и пудлинговую печи, вплоть до середины XIX в. Специалисты характеризовали тромпу как «весьма остроумное и простое устройство, вполне способное производить ровное и непрерывное дутьё». Управление силой дутья было тоже очень простым — достаточно потянуть за ручку и поднять или опустить подвешенную над водяным отверстием бассейна пробку.
Несмотря на все её преимущества, примитивность конструкции не позволяла применять тромпу где-то еще кроме как в местности, имеющей достаточный естественный перепад высот — то есть в горах.
А как же быть на равнине?
Над этим вопросом в середине XIX века задумался Джозеф Палмер Фриззелл, известный канадско-американский инженер-гидравлик, работавший у того самого Джеймса Френсиса, который изобрел знаменитую гидротурбину своего имени.
Результатом раздумий и экспериментов стал патент, определивший конструкцию, которая не меняется вот уже полтора века.
Конструкция в общем и целом, повторяла принцип тромпы за одним исключением. Труб было две: входная B, служившая собственно насосом, и выходная F, дававшая напор, позволяющий накапливать в подземном резервуаре D большое количество воздуха под серьезным давлением. Воздух этот по трубе подавался потребителю, а если резервуар переполнялся и воздух окончательно вытеснял воду из резервуара, излишек воздуха отводился по отдельной предохранительной трубке. Перепад высот между входным бассейном A и выходным G был совсем небольшой — для набора струей энергии, обеспечивающей устойчивую работу насоса, достаточно всего нескольких метров.
Но патент этот, видимо, остался малоизвестным, потому что в дальнейшем несколько инженеров независимо переоткрывали эту конструкцию с небольшими изменениями.
Самым плодовитым из переоткрывателей был канадец же Чарльз Хэвлок Тэйлор, который построил несколько таких насосов, снабжавших сжатым воздухом шахты в США и Канаде. Крупнейший гидравлический компрессор был построен им в местечке Ragged Chutes на реке Монреаль в 1910 году.
Компрессор Тэйлора имел сопла для подачи воды и подвода воздуха в виде множества керамических труб, камеру смешения в виде колодца высотой в 342 фута и снабжал все окрестные шахты сжатым воздухом давлением примерно в 10 атмосфер.
Выгляделядели эти сопла для подачи воды примерно так:
Несмотря на то, что все шахты давно закрыты, компрессор находится в исправном состоянии и выдает привлекающие туристов фееричные фонтаны из предохранительной трубки до сих пор, и за все время бессменной работы в режиме 24/7 его НИ РАЗУ не ремонтировали!
Гидравлический воздушный компрессор до безобразия прост, железобетонно надежен (хотя металла в своей конструкции может не иметь вообще) и при добросовестной постройке не требует абсолютно никакого обслуживания. Именно эти качества делают его идеальным для попаданца. По сути дела, требуется только выкопать два колодца, соединить их подземной галереей и вывести трубу к потребителю. Потенциально требуется только камень или известковый раствор для облицовки и несложная керамика. Максимальное давление, которое можно получить, зависит только от местной геологии и трудолюбия копателей колодцев.
Из-за того, что поток в реке, обычно служащей в качестве источника рабочей воды, постоянен, и из-за наличия подземного резервуара, служащего ресивером, никаких, даже самых маленьких, скачков давления в выходном потоке воздуха просто нет — он очень равномерный, что критично для некоторых приложений. По этому параметру водоструйный компрессор — чемпион.
Еще одно свойство такого компрессора, которое стоит упомянуть, состоит в том, что воздух из него выходит охлажденным и, как это ни странно для насоса, в котором рабочим телом служит поток воды, чрезвычайно сухим. Дело в том, что при сжатии каждого пузырька все водяные пары, находящиеся в нем, конденсируются на более холодных «стенках» пузырька, и таким образом воздух в нем осушается. Тепло сжатия воздуха и тепло конденсации полностью поглощаются окружающей водой.
При нахождении в подземном ресивере высокое давление воздуха также мешает испарению рабочей воды. В итоге поступающий к потребителю воздух имеет температуру воды в водоеме и не содержит никаких водяных паров.
Чем не бесплатный кондиционер!
Стабильность давления и полное отсутствие конденсата делают водоструйный компрессор очень удобным для разветвленных пневмосетей с заметными скачками давления и для доменного дутья.
Очень интересно!
Тут есть статья про паровой инжектор, принцип действия тоже похож, это как бы продолжение идеи вашего насоса.
Но вот про металлургию и шахты — очень полезные сведения, сейчас забытые! Спасибо!
P.S. Тег «гидравлика» я выкинул, это слишком опосредовано.
И не знаю, дописывать ли статью про диффузионный вакуумный насос для радиоламп?
P.P.S. Надо бы свести в ряд все подобные насосы — струйный, водоструйный компрессор, паровой инжектор, диффузионный насос и молекулярный насос.
Принцип действия их всех схож, но чем дальше, тем «нанотехнологичнее» (агент, увлекающий за собой воздух, становится меньше размером и быстрее скоростью).
Изменил права, можете попробовать редактировать, должно получиться.
Спасибо, статью поправил.
А можно что-то добавить или изменить в статье после опубликования, если сразу забыл?
Уточните, правильно ли понят принцип, керамисеские трубки находятся над поверностью воды? А водя для захвата воздуха — это то, что течет между трубками, или как?
Все точно так же, как и в маленьком лабораторном водоструйнике.
Вода с большой скоростью проходит через сопла в камеру и дальше вниз по трубе, за счет своей энергии увлекает из камеры воздух.
Трубки выведены из камеры в атмосферу — они обеспечивают дальнейшую подачу воздуха. Если вывести их в замкнутый объем, то он будет вакуумироваться.
Не очень понятно как устроенна Intake Head в последних двух схемах.
А я же написал вроде — много керамических труб. Или вас как раз конкретные размеры интересуют?
Непонятно как эти трубки действуют.
В смысле? Ровно точно также, как в маленьком насосе и в тромпе.
Вода проходит через трубки-сопла, образует струи, которые захватывают воздух в приемной камере и увлекают его вниз в камеру смешения. Это создает в приемнике уменьшенное давление, благодаря которому через подводные трубы, выходящие в атмосферу, туда засасывается атмосферный воздух.
То есть много повторений сопел из первой схемы?
Добавил в статью фото водозаборного устройства.
Насколько я понимаю, просто много глиняных труб внутри одной бетонной.
офигенно!
самая маковка для попаданца!
Тромпа применялась в комплексе так называемым с каталонским сыродутным горном и водяным молотом особой конструкции. В таком виде процесс производства кричного железа оставался конкурентоспособным по отношению к более прогрессивной технологической схемой, включавшей доменную и пудлинговую печи, вплоть до середины XIX в.
У вас нет данных — насколько тромпа эконмичнее связки водяного колесо-воздуходувные мехи? Или возможно ли построить тромпу для работы с доменной печью?
Если в смысле КПД, то тромпа не экономичнее. Тромпа проще и дешевле.
То есть если посчитать полные затраты денег и времени на производство и обслуживание, каталонская система все еще была лучше до тех пор, пока не стали строить по-настоящему большие домны, и стало дешевле возить руду и железо туда-сюда, чем делать на месте.
Тромпу для работы с доменной печью построить безусловно можно.
Вопрос лишь в размерах того и другого — домне соответствующих размеров и производительности требуется обеспечить необходимый для оптимальной работы удельный поток воздуха в секунду.
Конечно, не хотелось бы раздавать авансы, но на самом деле тему доменного дутья для металлургии постараюсь затронуть в будущих статьях.
Чем хорош такой компрессор, так это тем, что с помощью него довольно просто получить серьезное избыточное давление воздуха, для которого в других конструкциях уже требуется идти на какие-то нетривиальные технические ухищрения.
А вот уже для того, чтобы это избыточное давление разменять на увеличенный поток воздуха, необходимый для домны, существуют очень простые, надежные и остроумные устройства, которые наш попаданец и может с успехом использовать.
Но о них чуть позже 🙂
Холмс! А где обещанное? Про «разменять избыточное давление на объем»
Тема в принципе довольно сложная, и опыт статей по вихревикам показывает, что с кондачка как надо не напишешь, надо аккуратно и продуманно.
К сожалению, пока времени сесть надолго нет. Придется чуток подождать.
В общем и целом тема не секретная — если очень хочется разобраться, а ждать надоело, то можно погуглить — «air multiplier», «усилитель воздушного потока», «вихревой насос».
Поиск по «air multiplier» дает остроумный вентилятор от фирмы «Dyson», но наверно не то. Хотя принцип инжектора можно попробовать.
А может проще не городить мега-шахту глубиной 100 метров ради 10 атмосфер, а сделать скажем пять шахт того же диаметра но глубиной 10-15 метров с общим ресивиром. И одну «выходную» шахту большого диаметра…
Получится 1-1.5 атмосферы что для доменного дутья достаточно. Зато капзатраты меньше и скорость строительства выше.
То самое. Размен давления на поток.
Ну да, как раз этот вентилятор и реализует такой принцип. Причем он будет работать и на 10, и на 3, и даже на 1.5 атмосферы.
Ролик кстати весьма забавный есть, как такими вентиляторами сделать широкий беструбный коридор (для отвода или подвода дыма, мелкой пыли или каких-то газов):
http://www.youtube.com/watch?v=4WNcjkZ6d0w
Есть еще одно интересное устройство с похожим действием — вихревой вакуумный насос.
А какую тромпу строить — зависит от применения. Для домны и десяти метров может достаточно оказаться, но начиная где-то с 3 атмосфер становятся простыми доступными и прочие интересные конструкции типа холодильников и другой пневматики — прессов, молотов, насосов, двигателей, даже вот пневмопушку ниже обсуждали 🙂
Вот когда понадобится 10 атмосфер тогда и будет смысл зарываться под землю. А для домны или конвертера столько не надо. Домне хватит 1 атмосферы а конвертеру достаточно 1.5-2.5…
Почему я запаниковал. Я погуглил технологии проходки и обустройства таких глубоких колоцев и приуныл. Без полноценного бетона такую шахту не построишь. А у попаданца скорее всего будет только гидравлическая известь или кирпичная кладка на «цемянке». А с такими материалами глубоко не закапаешься.
Но идея все равно гениальная и стоит теперь у меня в голове на первом месте среди гениальных попаданческих идей 🙂 И Вам Холмс я глубоко признателен.
Ну, 10 атмосфер — для попаданца действительно многовато 🙂
А вот примерно 3 (то бишь метров 30) — вполне.
Я не совсем понимаю, откуда проистекает ваш пессимизм по поводу глубоких колодцев — в древности и глубже шахты копали (те же Лаврионские рудники к примеру), и колодцы в замках тоже на приличную глубину рыли.
Без бетона там можно прекрасно обойтись — кирпично-каменной кладки вполне достаточно. Можно даже без цемянки — полная гидроизоляция там абсолютно ни к чему.
Скорость проходки шахт и темп рытья замкового колодца несравним с потребностями попаданца. Шахты в глубину нарастают годами. Под зАмками и в рудничном поле крепкие каменнные породы, а долины равнинных рек это сплошные осадочные породы, требующие особого подхода в проходке ствола.
В шахте и колодце кроме того отсутствует постоянный и интенсивный водоток. Который напрочь размоет кладку на нестойких к воде связующих и вся конструкция рухнет вниз. Не сразу. Но вечным такой компрессор назвать не получится.
Так что только вариант с бетонной шахтой имеет смысл рассматривать. Причем ещё можно сделать эту шахту монолитной. По мере подкопа и осаживания кольцевого бетонного шахтного ствола на верху в неподвижно закрепленную опалубку будут постоянно подливать бетонную смесь. Правда при опускании столь длинной трубы из бетона могут возникнуть сильные растягивающие усилия а бетон плохо работает на растяжение при отсутсвии арматуры. Так что 100 метровую шахту прийдется проходить не просто бетоном а железобетоном 🙂
И это реализм.
Кстати не подскажите приблизительный коэффициент подмешивания (или эжекции) водоструйного компрессора. А то я ещё не могу понять потребный размер системы.
Скорость проходки шахт и темп рытья замкового колодца несравним с потребностями попаданца. Шахты в глубину нарастают годами.
Так никто и не говорит, что колодец будет за день.
И никто не говорит, что попаданец будет его один копать по выходным 🙂
Вообще говоря, скорость роста колодца пропорциональна всего лишь количеству рабочих рук — специалист-руководитель из местных нужен всего один, и такие специалисты не сильный дефицит.
… долины равнинных рек это сплошные осадочные породы, требующие особого подхода в проходке ствола.
Я понимаю, что немного впадаю в демагогию, но — любые породы требуют особого подхода в проходке ствола 🙂
Вы же не считаете, что единственный способ выкопать колодец в равнинной местности — сделать стенки ствола из железобетонных колец? 🙂
В шахте и колодце кроме того отсутствует постоянный и интенсивный водоток. Который напрочь размоет кладку на нестойких к воде связующих и вся конструкция рухнет вниз. Не сразу. Но вечным такой компрессор назвать не получится.
Если вы о процессе рытья, то жидкий бетон ничем не отличается от жидкой известки. Если размоет известь, то размоет и бетон. Соответственно, просто вырыть яму и замазать стенки конечно в таком месте не получится, надо другое искать или чуть больше поморщить репу над констркцией 🙂
А если уже в процессе работы — то как вы представляете себе процесс этого размытия? В стволе колодца давление воды ведь в любом случае выше давления наружных грунтовых вод…
На самом деле, я хотел бы повторить, что колодец попаданцу нужен максимум метров 30. Ни к чему ему 10 атмосфер, трех хватит.
Можно вообще 15-20 метров — это если например, добавить водонапорную башню с гидротараном на входе и другую чуть ниже на выходе.
Вариант бетонных колодцев я вообще не рассматриваю.
Я думаю, будет что-то более традиционное, в древнеримском духе — например, сначала плотный сруб, а внутри него уже каменная шахта из плотно подогнанных гладких плит. Пустоту между стенками сруба и шахты залить известковым раствором с разнокалиберным наполнителем.
Короче, варианты есть.
Кстати не подскажите приблизительный коэффициент подмешивания (или эжекции) водоструйного компрессора.Прошу прощения, но честно говоря, лень считать 🙂 Да и некогда особо подробно прожекты прорабатывать. Если есть желание повозиться и посчитать реальный агрегат самому, могу порекомендовать только какой-то из множества доступных в сети отличных советских учебников по струйным аппаратам, а также патент Тэйлора — US0892772
Тридцать метров в мягкой почве — это очень серьезно.
Если использовать деревянный сруб (дубового хватит на десяток лет) — то соотношение ширины к глубине квадратного колодца можете принять за 0,3 — 0,5(насчет кирпичного или железобетонного не знаю).
Сам не строил, но помогал и видел.
Может, если у нас есть длинные герметичные трубы, сделать сифон, опустить в реку (если в горах) и сливать воду через насос ниже по течению?
Впрочем, если речка горная, то вопрос укрепления стенок стоит не так остро.
Holmc, Отличная статья о красивом инженерном решении гидравлического воздушного компрессора для практически равнинной местности ! Xolmc еще статью про антибиотики обещал — Ждемс ! 😉
Будет, будет обязательно. В планах и набросках есть еще несколько интересных статей. Но не все сразу 🙂
Просто эта статья нужна в качестве предварения к другим, которые будут на такой компрессор ссылаться. Поэтому я подумал и решил начать именно с него.
Ждемс остальные статьи 😉 Было бы неплохо еще какую нибудь оригинальную статейку в раздел «военное дело» ( а то там давно ничего нового не появлялось ). Сумашедшая мысль, а если применить компрессор Тэйлора не для наддува домны 😉 — в принципе даже такое небольшое давление в 10 атм, которое обеспечивает компрессор Тейлора попаданец мог бы использовать для обороны ( Для примера 10 атм, калибр 125 мм, масса снаряда 5 кг, V=62,3 m/c, энергия порядка 9777 Дж )
Про домну напишу.
А вот насчет военного дела — пока наверное вряд ли. Как-то уж чересчур по-назгуловски…
Если нет пороха, то пневматика неплохо стреляет. Высоких скоростей не добиться, но тяжелые предметы и на относительно низкой скорости неплохо крушат. А потом, пневматика позволяет пулять всякими наколеночными взрывчатками, которые рвутся в стволе нормальной пушки, как раз за счет «мягкого» ускорения. Снаряды с динамитом, например, весьма удивляли противника, а зафлегматизировать нитроглицерин настолько, чтоб он не рвался при пушечном выстреле вряд ли возможно.
Для попаданца пневматика может дать немало плюсов-это и мягкий разгон снаряда с чувствительной взрывчаткой и малая толщина(и соответствеено малая металлоемкость) ствола при почти полном отсутствии износа ствола и слабый звук и отсутствие дыма при выстреле из ручного стрелкового оружия. Кстати, на счет скорости — натолкнулся в сети на ролик вывод на сверхзвук шарика от пинпонга при выстреле из пневматики. Так же стоит отметить, что минусов у пневматики так же хватает.
Возможно, возможно.
Меня пока только отпугивает относительная сложность и требуемая точность таких агрегатов…
А так я не спорю, что вопрос интересный, можно бы поисследовать.
точность страшное слово при массовом производстве, а для вундервафли оно легко преодолимо за счет времени…
Hludens, это точно — пневматика для попаданца это именно вундервафля, да и то только на первое время до создания нормального огнестрельного оружия. Причем наибольшая точность необходима при создании многоступенчатого насоса высокого давления для схем с PCP. Так что это не массовый продукт и о массовом произведстве речь вряд ли пойдет.(Ну если только попаданец не захватит Австрию и не станет эксплуатировать по полной программе самого Жирардони 😉 Чем не сюжет для попаданца, «банды австрийских пограничников на пневматических пулеметных тачанках(привод насоса высокого давления от колеса тачанки) гоняют армию Наполеона» 😉 Извиняюсь, опять фантазия разыгралась.. 😉
Я в ручную пневму не верю. Если бы было ТАК эффективно, технологию б не забросили. ОО тоже подвергалось гонениям по началу, но что-то не исчезло, как пневма.
А вот полустационарный пулемет — весьма. Причем видится мне простым, барабан плотно пригнанный, с одной стороны в него пули подаются, с другой из него в ствол выдувает, одна камора глухая, для кратковременного прекращения стрельбы. Для долговременного — кран закрыть.
Вообще можно пулять хоть камнями, главное ствол подлиннее — тогда была эффективна такая штука, как праща. Если доститчь ее невысоких параметров — вполне уже пойдет, остальное сделает скорострельность.
Боюсь что тут вопрос не в забрасывании технологии.
Пневма имеет высокие требования к механике при не самых выдающихся боевых параметрах.
в момент своего появления она уже имела конкурентов которые били ее по простоте и мощности (огнестрел, арбалет). Поэтому ею и занимались только энтузиасты. В настоящий момент она занимает странную нишу развлекательного оружия (цена выстрела крайне мала в сравнении с огнестрелом) и спецального охотничьего (обход законов запрещающих охотится именно с огнестрельным но не запрещающих охотится вовсе). Ну и любители есть на всякое дело 🙂
Говорить о боевой пневме можно только при полном отсутствии порохов но при высоком развитии механики. т.е. не в исторический период.
Mythbuster’ы пробовали такое сделать. Результат получился не очень — как-то он стреляет, но приникающая способность у пуль никакая.
Я делал ручную пневму в гараже, сначала развлекался, а затем стрелял по мышам. На входе компрессор (нормальный, 8 атм с ресивером), далее через длинный шланг просто стальная некалиброванная трубка от какого-то теплообменника. Клапаном работает тот же шланг, его можно пережимать. Собственно гвозди от 80 до 150 улетали в горизонт, а в пределах метров 30 о снижении траектории можно было и не думать. Миллиметры какие-то. В обычное дерево сотка впивается на четверть своей длины. Дсп бытовые пробивает напрочь. Бочки металлические гвоздь пролетает навылет (это которые 200л). А мышей пригвождает к полу, причем судя по всему начальная скорость (примерно в трех метрах прицельная дальность по мышам была) такова, что у мыши гидроудар во все тело, у нее кровоизлияние со всех отверстий. Соответственно, быстрая и гуманная смерть. Вот масштабируется ли оно — вопрос. Тут и длина ствола критична, и ресивер уже не 50л нужен, да и клапан хитрый. Обтюрацию в случае гвоздя выполняет слегка обточенная на наждаке шляпка.
В общем, тут надо думать. В любом случае, без компрессора и ресивера пневма это следующий шаг.
Holmc, наверное не столько поисследовать, сколько окунуться в историю ;). Я там на форуме в разделе «новая статья-какие темы статей интересуют?» нацарапал краткий обзор по истории пневматики. Если сможешь эту сборную солянку превратить во что-то удобочитаемое — буду только рад т.к. не писатель я, а читатель 😉
Статью посмотрел — очень интересно. На мой взгляд — картинок и характеристик добавить, и будет отличная статья.
Я наверное лучше написать не смогу, тем более что в теме боевой пневматики разбираюсь слабо 🙂
К том же пока есть другие планы…
Возможно, чуть позже можно будет совместную статью сделать, если так и не соберешься.
Я лучше подожду — дорабатывай статью смело т.к. у меня ни слога ,ни стиля — не писатель я однако, а читатель 😉
Какой нафиг ролик — до упора «разогнанная» пневматическая винтовка выводит на сверхзвук полуграммовые пульки. Колпачок может, вероятно, и менее разогнанная. Т.к. это весьма плохо по многим причинам, приходится юзать в таких монстрах тяжелые пульки. А там длина «патронника» (для многозарядных) роляет, бо массу пульки набирают за счет длины, калибр ограничен законодательно %-)
А ничего, что газ не может механически передавать энергию со скоростью, превышающей скорость звука в нём? И не надо кивать на ударные волны, они сами – звук, но имеющий скорость больше, чему остального звука.
Дыма нет, а звук… Ну не огнестрельный бабах, но мощная пневматика весьма звучит. Чтоб не пугать граждан, весьма желателен глушитель. Насчет ствола таки да, нагара нет — при должном уходе будет служить вечно. Главное преимущество — не надо химии, не надо селитры. Также скорострельность может быть весьма высокой, а на обтюрацию можно если не совсем положить, то «не заморачиваться» слишком. Крепостные орудия можно питать от магистрали. В общем, до бездымного пороха и массового производства пневматика могла бы неслабо повоевать.
Михаил, фундаментальная проблема — энергетическая. В порохе энергия запасена компактно, в пневматике — нет.
Кстати, выходит что давление воздуха будет пропорционально глубине залегания воздушной камеры. Каждые 10 метров — 1 атмосфера.
Именно так. Тут с давлением примерно как с нефтью — чем глубже копаешь, тем больше получается 🙂
ну насколько я понял, это пропорция для какой то отдельной установки, на мой не далекий от инженерии взгляд, тут используется принцип ,,чем больше скорость потока- тем меньше давление в нем,, у воздушно капельного потока в трубе с дырками скорость потока больше, чем у воздуха снаружи, поэтому воздух в эти самые дырки засасывает. в таком насосе атмосферы будут зависеть 1)от скорости падения воды/высоты шахты, 2) от общего потока воздушно капельной смеси, 3) от площади соприкосновения с воздухом. Лучше использовать тонкие трубки у них поверхность больше. И высота шахты зависит только от количества воды которое ты можешь использовать, можешь сотни тонн сливать- можно и двух метровую, если десятки придется 10 метров, а можно и 50тиметровую- скорость падения воды больше- меньше давление в воздушно капельной смеси- больше воздуха втянет
Факторов, которые влияют на производительность, там действительно много.
А вот на выходное давление влияет только один — высота шахты.
глупость, чес слово, если у тебя под рукой озеро воды и вагон перфорированых трубок можешь двухметровой шахтой обойтись
Можно поподробнее, а то пока как глупость звучат ваши слова?
Нет, я не спорю — чисто теоритически на самом деле это возможно. (см. например патент US2077482)
Но тогда чудовищное усложнение и удорожание конструкции просто убивает саму идею на корню.
Понятно, многоступенчатый фонтан Герона с возможностью резета. Трубы и клапаны, работающие под такими давлениями это конечно не айс для попаданца.
Обойтись для чего? Для подсоса воздуха в трубку — несомненно. Для создания произвольного давления — не выйдет. Водоструйный компрессор большую часть времени работает в устоявшемся режиме, потому и прост, и долговечен. А в устоявшемся режиме давление прямо зависит от высоты шахты. Перебор не получится чисто физически. Например, оно не может превысить давление водяного столба в отводной трубе, ведь тогда воздух начнет просачиваться и повышать давление дальше не получится. Еще и нестабильность в работе получим, что только добавит проблем.
Вот производительность уже напрямую от количества проходящей воды зависит. На малом потоке воды он и воздуха под давлением мало будет давать. Помудрив с конструкцией и снизив потери можно увеличить коэффициент производительности, но умножать его все равно придется на массу прошедшей воды. И тут уже вагон трубок будет не лишним.
компрессор указанный в статье на карте гугл:
http://wikimapia.org/#lang=ru&lat=47.275866&lon=-79.672540&z=17&m=b&search=Ragged%20Chutes
Спасибо за ссылку. Я читал, что вообще говоря это место довольно популярно у туристов.
Кстати на входе в этот агрегат мы имеем сабильное разрежение, которое можно использовать например для сушки пиломатериалов (вакуумная сушка сокращает время в 2-3 раза)
А на халявных 10 атмосферах при сухом воздухе, может нормально работать пневматический аналог паровой машины для распиловки тех же лесоматериалов…
Да много где применить можно.
В том и ценность.
Отбойные молотки питать, например, как это в реальности делали, или даже пневмомолот учинить…
Mr.xolmc, а если использовать, как перепад высот дно и поверхность водоема? Будет ли это работать с данной конструкцией и с теми придумками, о которых Вы пишете в более поздних статьях?
Не очень понял вопрос. Опишите пожалуйста свою идею подробнее.
Немного непонятно, трубы для подачи воздуха находятся над поверхностью воды? воздушно-водяная смесь получается уже в head shaft? Под схемой компрессора Тейлора вы пишете, что предохранительная трубка использовалась для стравливания вытесняющего воду воздуха, то почему «фееричные фонтаны»? И как эта предохранительная трубка работала, клапан под расчётно-максимальное давление? А вообще штука потрясающая, стыдно признаться, до сих пор до конца не понял how it works.
Ну да, трубы подачи воздуха одним концом все время над поверхностью, а другим подведены в камеру забора, через которую постоянно бьют струи воды и увлекают этот воздух вниз.
Все абсолютно так же, как и в обычном водоструйнике.
Предохранительная трубка работает элементарно.
Она опущена в воду и находится как раз на минимально допустимом для работы её уровне. Как только сжатый воздух при избыточном повышении давления вытеснит воду ниже трубки, она соединит ресивер с атмосферой, и сжатый воздух стравится туда, выбрасывая остаток воды, стоявший в нижнем конце трубки — поэтому и получится высокий фонтан, как при выдохе кита. Десять атмосфер — это не шутки!
Как только давление в ресивере упадет, вода снова поднимется и наполнит конец трубки.
А что если для того, чтобы добиться высокого давления, использовать скважину? Их бурить проще, чем рыть колодец — нет опасности что похоронит рабочих, можно бурить когда скважина заполнена водой. Использовать метод ударно-канатного бурения. Обсадную трубу придется делать из дерева или из глины, или из железа. Я бы предложил внутреннюю трубу сделать из стали и использовать для прокачки воздуха, а внешнюю — для выхода отработанной воды.
>>дубового хватит на десяток лет
Прикол в том, что для гниения дерева требуется влага и кислород. Если одного не хватает, то дерево не гниет. То есть подводная часть дубового колодца служит 60 лет, надводная — 20 лет. В нашем случае лучше сделать все дерево подводным.
Там кроме скважин нужна еще довольно протяженная подземная часть. В нижнем дифузоре желательно устройство для плавного разделения потока, потом нужен подземный ресивер, в котором пузыри постепенно всплывают из воды — в него же выведена предохранительная трубка, без которой запустить конструкцию слабореально.
Если как-то решить эту проблему — можно и скважинами.
Например, одну прямую покороче и поуже, другую полого наклонную, подлиннее и пошире (она же послужит подземным ресивером). Если скважины встречаются в плотной породе (например, на русской равнине как раз где-то на 30 метрах проходит слой известняка), то почему бы и нет.
Правда, тут очень точно бурить придётся…
Как-то так.
Как вариант — сначала выходную часть и ресивер копать/строить насухую, потом входную скважину пробурить в мокром виде прямо из водоема. И под конец завести на жерло входной шахты камеру забора. Под водой даже многотонную конструкцию передвинуть реально.
Либо найти подходящее место для плотины, выстроить всю конструкцию (включая бурение шахты) рядом с руслом по-сухому, а замыкать плотину уже потом. Заодно и вопрос с перепадом высот решится.
Возможно, возможно.
Остроумных вариантов конструкции много есть. В том числе и уже запатентованых.
Но я как-то с осторожностью подхожу — тут просто выше товарищи пытались намекать, что даже вырыть колодец в тридцать метров уже для попаданца слабореально 🙂
А это уже от грунта сильно зависит. И от наличия рабсилы/инструмента.
На мягких почвах возле равнинной реки — затраты будут расти по экспоненте с каждым метром глубины. Первые метра три в одну каску можно одолеть, а потом только вычерпывать просочившуюся воду надо ставить отдельных рабочих. А крепить «плывущие» стенки колодца — отдельная морока. При современной механизации и наличии готовых кольцевых блоков из железобетона — решается сравнительно просто. Хотя тоже денег требует. А в древности затраты сильно выше выходят.
Совсем другое дело — каменистые грунты возле горных рек. Ковырять тяжело и на первом метре, но заметно меньше проблем с оседанием грунта, колодец может вообще без крепи стоять. Да и перепады высот там приличные, на нижнем участке может вообще получиться штольня до ресивера, которую проложить заметно проще. А потом пробурить пару скважин, а штольню завалить или даже залить бетоном. Сливать через нее нецелесообразно, на выходе тоже должен быть столб воды, создающий давление. Именно по нему определяется рабочее давление компрессора.
Вообще, в горных районах целые подземные лабиринты выстраивали без механизации. Почитайте, что такое среднеазиатский кяриз. И до какой глубины они доходят. А ведь вырыто мускульной силой, инструменты и крепь далеки от высоких технологий. Там главное — терпение.
Отдельная проблема с вентиляцией колодца при копании — дышать в яме/шахте тоже чем-то надо. И свет нужен, а огонь может сожрать не меньше кислорода, чем работники. Хотя, если экспериментальный малый компрессор уже построили — он может и снабжать новую шахту воздухом.
Со светом можно решить проблему по принципу перископа — два больших начищенных листа металла над шахтой перенаправят лучи вниз.
вы путаете, я не говорил, что это проще и дешевле, как минимум понадобится больше труб. Я говорил, что можно создать насос любой высоты и мощности было бы время силы и материал. Если он необходим в горах, где сложно выдолбить шахту, можно уменьшить высоту.
Просто ваш пассаж про давление с толку сбивает.
В горах-то как раз шахту строить и не надо — там естественный перепад уже есть.
возможно, будет интересно еще вот это рассмотреть: ru.wikipedia.org/wiki/Гидротаранный_насос , хотя по изяществу/ мощностям/ технологической доступности, конечно, не сравнится.
Любой глубины шахта без проблем проходиться с помомщью чугунных литых тюбингов еще и механический рыхлитель моно приспособить для облегчения копания
Считается, что тромпу изобрел Джамбаттиста делла Порта (1535-1615). Однако А. Лукас в книге «Материалы и ремесленные производства Древнего Египта» утверждает, что ее знали еще в Древнем Египте (впрочем без ссылок на первоисточник). Отнюдь не исключено — подобных примеров хватает: так, в Древнем Египте умели волочить тончайшую проволоку, а в средневековой Европе тупо ковали — и это при том, что спрос на кольчуги был огромным!
Путь к вакуумной пушке
«Любой глубины шахта без проблем проходиться с помомщью чугунных литых тюбингов» хуярь,товарищ.я выдам тебе чугуна и огнеупоров.современных.и место,где лить.отлей мне десяток тюбингов,чтобы стыковались между собой…пенопласта для ЛГМ тоже дам.
https://youtu.be/XRmFAopH80o
внезапно…
как то не задумывался что пневматическую поршневую машинку можно слепить из дерева.
Мощность конечно будет невелика но на то чтобы крутить станочек вполне хватит…
Знать бы еще долговечность хотя бы на сотне ватт мощности…
Но десятки процентов вероятности что сработает я бы дал.
Весь цимес в том, что она довольно легко воспроизводима, а так же нет проблем с «запчастями». 🙂 Так что, при желании, возможно создание индивидуального «станочного парка» (точильный, сверлильный, пилильный) для индивидуальных мастеров-потребителей 🙂 и «сервисной службы».
Основной затык — в подводе воздуха без резиновых шлангов.
//Основной затык — в подводе воздуха без резиновых шлангов.
Ткань в 2-3 слоя+гутаперча. Или смола. Получится грубо но ограниченно гибко.
Подозреваю что на больших мощностях это все должно сильнее истираться.
Возможно стоит подумать в направлении дерево+ кожа, мембранный, а не поршневой механизм, с малым ходом шатуна.
Но приводы к станочкам похоже сделать можно и примитивнейшим способом. И что характерно надежнее и проще чем водяное колесо+трансмиссия.
Если ставить потребителей рядом с тромпой — то достаточно деревянных или керамических труб, соединённых кожаными обмотками или хоть глиняной обмазкой с волоконной армировкой (трава) в нужном положении. Гибкость-то не нужна особо, один раз протянул — и готово.
Травить будет безбожно. КПД получится ниже нижнего.
Вставить одну бамбуковую трубу в другую и замазать стык — чему там травить при небольших давлениях? Для гарантии — обернуть стык кожей, обмотать сверху мокрой верёвкой.
Почти везде, где возможна тромпа, возможен гидропривод, который по КПД кроет эту пиздюрочку как бык овцу. А для тромпы найдётся немало других применений, которые гораздо полезнее и эффективнее.
На мой взгляд, сей девайс имеет смысл там, где нет явного источника энергии, а производство на-дому развивать страсть как хочется. Но здесь надо думать над хорошей и производительной воздуходувкой.
Гидропривод не столь удобен — те же бамбуковые трубы долго не проживут, ну и потребитель, гм, намокнет… 🙂
КПД у пневмы на тромпе сильно хуже, это да — но при избытке гидроэнергии какая-нить бетонная тромпа — веками без обслуживания качать может.
Кстати, как вариант — линия не с повышенным, а с пониженным давлением может быть любопытна. Самогерметизирующаяся, безопасная, аккумулятор попроще опять же…
Эта штуковина похожа на модель для демонстрации принципа работы паровой машины.
В деревянном исполнении, наверное, жизнеспособна при большой площади поршня, но тут потребуется источник воздума малого давления и большой производительности.
Какой примерный расход воды у каталонской тромпы производительностью 5 кубических метров воздуха в час?
Тут в конце есть пример испытаний мичиганской помпы в 1906 году Performance of Hydraulic Gas Compressors. Journal of Fluids Engineering, 98(4), 645. doi:10.1115/1.3448437
5 кило воздуха в секунду, те чуть меньше 5 кубометров, 6 тонн воды в секунду, давление 0.8 атм
Нисходящая труба — 1.5 метров диаметр 20 метров КПД 57 процентов
===
Чтобы затягивать пузырьки воздуха вода должна опускаться быстрее 1 фута в секунду
КПД от 40 до 85 процентов — куда лучше чем я ожидал
мощность до сотен лошадей с трубами больше 4 м
Hydraulic Air Compressors https://books.google.com.au/books?hl=en&lr=&id=j-fUwc8uY_wC&oi=fnd&pg=PP7&dq=Hydraulic++Air++Compressors,&ots=niry7JBu4S&sig=LQyCkghJERIPyvAQA8IRhmreMpA&redir_esc=y#v=onepage&q=Hydraulic%20%20Air%20%20Compressors%2C&f=false
Раз уж обсуждаем селитру в качестве охлаждения то хорошо прикинуть характеристики тромпы как холодильника.
При сжатии в тромпе, в отличии от обычных насосов, воздух сразу охлаждается до температуры воды — одна из причин ее относительно высокого КПД.
Охлаждение при расширением с разных избыточных давлений падение температуры воздуха будет https://www.dropbox.com/s/ghmtrd6drbj5kjh/adiabatic_air.py
T P drop
1 50.9
2 76.3
3 92.6
4 104.4
5 113.4
6 120.8
7 126.8
8 132.0
9 136.5
10 140.4
Теплоемкость воздуха/воды — 1 и 4 кДж*гр/кг, теплота замерзания воды — 330 кДж/кг
В общем тромпа на одну атмосферу и кубометр воздуха в секунду может замораживать примерно 150 грамм льда в секунду, 10 тонн льда в день.
Для какого расширения приведены данные? В детандере (совершая при расширении работу) падение давления в 1 атм понижает температуру примерно на 2 градуса, при дросселировании (эффект Джоуля-Томсона для азота и кислорода при 20 гр) — лишь на 0.2 градуса.
Судя по всему, имеется в виду адиабатическое расширение, так что без детандера не обойтись. На 1 атм его эффективность будет слишком мала.
Ну ка сделать античную тромпу — понятно. А вот как использовать её сжатый воздух для наработки льда на тех же материалах — желательно нарисовать, для меня это не вполне тривиально. Да ещё 10 тонн в день…
Тут, кстати, ещё вихревые холодильники обсуждали — возможно с ними проще будет…
// Для какого расширения приведены данные? В
Адиабата, расчет бьется с
# https://studme.org/273851/tehnika/ohlazhdenie_rasshirenii_gazov
# Если воздух, сжатый до 9,5 МПа при t{ = 20°С, адиабатно расширяется до 0,1 МПа, то при k = 1,4 его конечная температура t2 = -193,4°С.
// без детандера не обойтись
// желательно нарисовать
Делаем бассейн с соленой водой. На дне свинцовая труба с парой атм, делаем в ней небольшие дыры. Воздух расширяется в маленьких пузырях и забирает тепло у воды. Кидаем туда кусок льда — он будет расти аналогично росту льда в море, хотя из-за бурления возможно получится скорее каша чем льдины.
Надо вспоминать термодинамику, но цифры подозрительные, там вовсе не прямая зависимость. 1 атм дает 2 градуса, это точно помню.
//Делаем бассейн с соленой водой//
извиняюсь, но это бред и непонимание основ физики. Если работа совершается расширяющимся газом в этом же бассейне, а не во внешнюю среду, то никакого охлаждения быть не может.
А вообще идея с детандером, если его попаданец сможет собрать, вполне полезная. Сжатый воздух крутит генератор, например, и заодно производит лед, или пиво охлаждает. Сам детандер — просто поршневая машина.
Дада, затупил. Пневмонический детандер ниже.
А, понял, в бассейном проблема.
Если разогнавшийся на перепаде давления воздух выпустить в воздух/воду то кинетическая энергия превратится обратно в тепло за счет трения. Надо кому-то отдать энергию чтобы охладиться. Если выпускать газ в длинную колонну, то будет большой обмен теплом с пузырями. (
Детандер с жидким поршнем. Бистабильная пневмоническая система попеременно подает воздух в четыре трубы. Пока в трубу не подается воздух она заполняется водой, когда в заполненную водой трубу подается воздух, потенциальная энергия его давления тратится на разгон воды. Ну а холодный воздух уже в бассейн с соленой водой.
Сомневаюсь я, что в такой машинке воздух охладится достаточно для заморозки. Но если вдруг, и использовать рассол как теплообменник — то не надо прямо в этом рассоле пытаться лёд выращивать, надо туда ёмкости с пресной водой ставить.
По давлению… если уж охлаждать расширением, то давление лучше поднять. А поднять давление лучше гидроударом. В бетонной массивной хреновине.
Хм. После сжатия воздух надо охладить, а в бетонной хреновине с этим проблемы. Но можно охлаждать просто распыленной водой без теплообмена. По после расширения и охлаждения остатки воды и пара создадут уйму проблем ((
Чтобы подобный компрессор работал, нужны трубки определенного диаметра, про колодец из кирпича или сруб лучше не вспоминать.
Для попаданца идеальный вариант — свинцовые трубы с паяным или сваренным горелкой швом. Римские трубы выдерживали до 15 атмосфер, а укрепленные снаружи кладкой или бетоном — еще больше, по крайней мере самые высокие сифоны-акведуки имели перепад до 220 м (22 атмосферы в нижней точке). Так что в Риме и мастеров для строительства подобного агрегата можно было найти.
Насчет абсолютной сухости воздуха — сильное преувеличение, она там близка к равновесной при температуре воды и достигаемом давлении воздуха.
И давление не так однозначно задается высотой — давление соответствует гидростатическому давлению столба газо-воздушной смеси в трубе, и при изменении расхода сильно меняется. Та же каталонская тромпа при высоте падения воды в 10 м давала дутье в 50-100 мм водяного столба, а не 1 атм.
маленькие тромпы — бочонок на полпути горну служит для улавливания капель воды
https://www.dropbox.com/scl/fi/vj3teima6q4qq286vr13t/small-trompe-Francesco-Sorge-Giuseppe-Genchi-Essays-on-the-History-of-Mechanical-Engineering-316.png?rlkey=gr3q6sej69vrjox855tilisin&dl=0
тромпы побольше https://www.dropbox.com/scl/fi/3po5ulah3xr551k5gkrp0/trompe.png?rlkey=dq0z06odlf6afq6rh2ou7xayu&dl=0