Гидравлическая сеть - Hydraulic power network

Насосная станция и гидроаккумулятор в доках Бристоля

Гидравлическая электрическая сеть представляет собой систему взаимосвязанных труб переноски под давление жидкости , используемая для передачи механической энергии от источника питания, как насос , для гидравлического оборудования , например , лифты или двигателей. Система аналогична электрической сети, передающей электроэнергию от генерирующей станции конечным пользователям. Лишь несколько сетей гидравлической передачи электроэнергии все еще используются; современное гидравлическое оборудование имеет встроенный насос. В конце 19 века гидравлическая сеть могла использоваться на заводе с центральной паровой машиной или водяной турбиной, приводящей в действие насос, и системой трубопроводов высокого давления, передающих энергию различным машинам.

Идея общественной гидравлической сети была предложена Джозефом Брамахом в патенте, полученном в 1812 году. Уильям Армстронг начал устанавливать системы в Англии с 1840-х годов, используя воду низкого давления, но прорыв произошел в 1850 году с появлением гидроаккумулятора. , что позволило использовать гораздо более высокие давления. Первая сеть общего пользования, обслуживающая многие компании, была построена в Кингстоне-апон-Халле , Англия. Компания Hull Hydraulic Power Company начала свою деятельность в 1877 году под руководством Эдварда Б. Эллингтона в качестве инженера. Эллингтон был задействован в большинстве британских сетей, а также в некоторых других. Публичные сети были построены в Великобритании в Лондоне , Ливерпуле , Бирмингеме , Манчестере и Глазго . Подобные сети были в Антверпене , Мельбурне , Сиднее , Буэнос-Айресе и Женеве . Все общедоступные сети прекратили работу к середине 1970-х годов, но в Бристольской гавани все еще есть действующая система с аккумулятором, расположенным за пределами основной насосной станции, что позволяет легко визуализировать ее работу.

История

Джозеф Брама , изобретатель и слесарь, живущий в Лондоне, зарегистрировал патент в Лондонском патентном ведомстве 29 апреля 1812 года, который в основном касался обеспечения сети общественного водоснабжения, но включал вторичную концепцию обеспечения высокого давления. водопровод, который позволил бы мастерским работать с техникой. Вода под высоким давлением будет применяться «для множества других полезных целей, к которым это раньше никогда не применялось». Основными компонентами системы были кольцевая магистраль, в которую несколько насосных станций перекачивали воду, причем давление регулировалось несколькими воздушными сосудами или нагруженными поршнями. Клапаны сброса давления будут защищать систему, которая, как он полагал, могла доставлять воду под давлением «большое количество атмосфер», и, по идее, именно так работали более поздние гидроэнергетические системы.

В Ньюкасл-апон-Тайн адвокат по имени Уильям Армстронг , который экспериментировал с машинами с водным приводом, работал в фирме адвокатов, которые были назначены действовать от имени Whittle Dene Water Company. Компания водоснабжения была создана для снабжения Ньюкасла питьевой водой, и Армстронг был назначен секретарем на первом собрании акционеров. Вскоре после этого он написал в городской совет Ньюкасла, предлагая перевести краны на набережной на гидравлические. Он должен был выполнить эту работу за свой счет, но был бы вознагражден, если бы преобразование прошло успешно. Так оно и было, и он основал компанию Newcastle Cranage Company, которая получила заказ на переоборудование остальных четырех кранов. Затем последовала дальнейшая работа: инженер из ливерпульских доков посетил Ньюкасл и был впечатлен демонстрацией универсальности крана, которую провел крановщик Джон Торберн, известный в местном масштабе как «Гидравлический домкрат».

В то время как система Ньюкасла работала на воде из общественного водоснабжения, кран, установленный Армстронгом в Бернтисленде, не был расположен там, где такой вариант был возможен, и поэтому он построил башню высотой 180 футов (55 м) с резервуаром для воды на верх, который был заполнен паровым двигателем мощностью 6 л.с. (4,5 кВт). В Элсвике в Глазго расходы Департамента водоснабжения корпорации за использованную воду убедили владельцев, что использование крана с паровым приводом будет дешевле. Концепция Брамы «нагруженные поршни» была представлена ​​в 1850 году, когда первый гидроаккумулятор был установлен как часть схемы кранов для железных дорог Манчестера, Шеффилда и Линкольншира . Схема кранов в Паддингтоне в следующем году предусматривала гидроаккумулятор с 10-дюймовым (250 мм) поршнем и ходом 15 футов (4,6 м), что позволяло достичь давления 600 фунтов на квадратный дюйм (41 бар). По сравнению с 80 фунтами на квадратный дюйм (5,5 бар) схемы Ньюкасла это повышенное давление значительно сократило объемы используемой воды. Краны были не единственным применением, и гидравлическое управление воротами доков в Суонси сократило время работы с 15 до двух минут, а количество людей, необходимых для работы с ними, с двенадцати до четырех. Каждая из этих схем предназначалась для одного заказчика, и применение гидравлической энергии, как правило, требовало новой модели.

Государственная власть в Соединенном Королевстве

Гидравлическая насосная станция Machell Street в Халле с отстойником для воды на крыше

Кингстон-апон-Халл

Первая практическая установка, которая снабжала население гидравлической энергией, была в Кингстоне-апон-Халле в Англии. Компания Hull Hydraulic Power Company начала свою деятельность в 1876 году. У них было 2,5 мили (4,0 км) труб диаметром до 6 дюймов (150 мм), которые пролегали вдоль западного берега реки Халл от моста Скалкоутс до его перекрестка. с Хамбером . Насосная станция находилась недалеко от северного конца трубопровода, на Макелл-стрит, недалеко от заброшенного опорного моста на Скотт-стрит, который приводился в действие гидравлически. Аккумулятор был на Макелл-стрит, а другой - гораздо ближе к Хамберу, на углу Гримсби-лейн. Специально было предусмотрено место, где напорная магистраль проходила под входом в Queens Dock. К 1895 году насосы мощностью 250 л.с. (190 кВт) перекачивали в систему около 500 000 британских галлонов (2300 м 3 ) воды каждую неделю, и к ней было подключено 58 машин. Рабочее давление составляло 700 фунтов на квадратный дюйм (48 бар), а вода использовалась для работы кранов, ворот доков и множества других механизмов, связанных с кораблями и судостроением. Система Халла просуществовала до 1940-х годов, когда систематические бомбардировки города во время Второй мировой войны привели к разрушению большей части инфраструктуры, и компания была ликвидирована в 1947 году, когда г-н Ф. Дж. Хасуэлл, который был менеджером и инженер с 1904 г., на пенсии.

Человеком, ответственным за систему Халла, был Эдвард Б. Эллингтон , который дослужился до должности управляющего директора компании Hydraulic Engineering Company, базирующейся в Честере, с тех пор, как впервые присоединился к ней в 1869 году. Во время ее установки такая схема казалась похожей на «прыжок в темноту», как писал Р. Х. Тведделл в 1895 году, но, несмотря на отсутствие энтузиазма по поводу этой схемы, Эллингтон продвигался вперед и использовал ее в качестве испытательного стенда как для механических, так и для коммерческих аспектов идеи. В конечном итоге он был задействован на каком-то уровне в большинстве гидравлических сетей Великобритании. Успех таких систем привел к их установке в таких далеких местах, как Антверпен в Бельгии, Мельбурн и Сидней в Австралии и Буэнос-Айрес в Аргентине.

В доках Халла также были установлены независимые гидравлические сети - и в доках Альберта (1869 г.), и в доке Александры (1885 г.) были установлены гидроагрегаты и аккумуляторы.

Лондон

Самой известной общественной гидравлической сетью была общегородская сеть Лондонской гидравлической энергетической компании . Она была образована в 1882 году под названием General Hydraulic Power Company с Эллингтоном в качестве инженера-консультанта. К 1883 году другое предприятие, Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, начало работу с 7 милями (11 км) напорных магистралей по обе стороны Темзы . Они поставляли краны, шлюзовые ворота и другую тяжелую технику. В соответствии с парламентским актом, принятым в 1884 году, две компании объединились в Лондонскую гидравлическую энергетическую компанию. Первоначально поставляя 17,75 миллиона галлонов (80,7 мегалитра) воды под высоким давлением каждый день, к 1927 году эта цифра выросла до 1 650 миллионов галлонов (7500 мегалитров), когда компания снабжала энергией около 8000 машин. Они поддерживали 184 мили (296 км) сети при давлении 700 фунтов на квадратный дюйм (48 бар), которые покрывали территорию, доходящую до Пентонвилля на севере, Лаймхауса на востоке, Найн Вязов и Бермондси на юге и Эрлс-Корт и Ноттинг-Хилла на западе.

Сохранившееся насосное оборудование на насосной станции Ваппинг, принадлежащей Лондонской гидравлической энергетической компании.

Пять насосных станций поддерживали давление в сети с помощью аккумуляторов. Первоначальная станция находилась в Фэлкон-Уорф, Бэнксайд, но она была заменена четырьмя станциями в Уаппинге, Ротерхите, Гросвенор-роуд в Пимлико и Сити-роуд в Клеркенвелле. Пятая станция в доках Ост-Индии первоначально находилась в ведении Управления лондонского порта , но была передана и подключена к системе. На станциях использовались паровые двигатели до 1953 года, когда станция Гросвенор-Роуд была переоборудована для использования электродвигателей, а после успеха этого проекта остальные четыре были также преобразованы. Электродвигатели позволяли использовать аккумуляторы гораздо меньшего размера, поскольку тогда они управляли только давлением и потоком, а не накапливали энергию. В то время как сеть поставляла лифты, краны и шлюзы, она также приводила в действие платформу кабаре в отеле Savoy, а с 1937 года - 720-тонный трехсекционный центральный этаж в выставочном центре Earls Court , который можно было поднимать или опускать по сравнению с основной этаж переоборудовать из бассейна в выставочный зал. Лондонская система пришла в негодность во время Второй мировой войны из-за разрушения машин и помещений клиентов. После военных действий большие районы Лондона были реконструированы, и изменение маршрута напорной магистрали было намного сложнее, чем обеспечение электроснабжения, так что к 1954 году количество машин упало до 4286. Компания была ликвидирована в 1977 г.

Ливерпуль

Система начала работать в Ливерпуле в 1888 году. Она была ответвлением лондонской компании General Hydraulic Power Company и была санкционирована актами парламента, принятыми в 1884 и 1887 годах. К 1890 году около 16 миль (26 км) сети были проложены. установлен, снабжается насосной станцией на Атол-стрит, на берегу Лидса и Ливерпульского канала . Хотя вода изначально забиралась из канала, более чистая вода, поставляемая Liverpool Corporation, использовалась к 1890 году, что устраняет необходимость в установке фильтрации. В это время использовались два насосных агрегата, а третий устанавливался. Давление поддерживалось двумя гидроаккумуляторами, каждый с поршнем диаметром 18 дюймов (460 мм) с ходом хода 20 футов (6,1 м). Практикующий инженер назвал давление 75 фунтов на квадратный дюйм (5,2 бар), но это вряд ли будет правильным по сравнению с другими системами. Вторая насосная станция на Графтон-стрит заработала к 1909 году. Система прекратила работу в 1971 году.

Бирмингем

Бирмингем получил свою систему в 1891 году, когда открылась гидравлическая станция на Далтон-стрит. Совершив необычный ход, Дж. У. Грей, инженер городского отдела водоснабжения, в течение нескольких лет проложил под улицами напорные трубопроводы, предвидя необходимость в такой системе. Гидравлическая станция использовала газовые двигатели Otto «Silent» и имела два гидроаккумулятора с поршнем диаметром 18 дюймов (460 мм), ходом 20 футов (6,1 м) и весом 93 тонны каждый. Газовые двигатели запускались небольшим гидравлическим двигателем, который использовал гидравлическую энергию, запасенную в аккумуляторах, а все оборудование было поставлено компанией Эллингтона. Известно, что существует очень мало документов, описывающих детали системы.

Манчестер и Глазго

Две последние общедоступные системы в Великобритании были в Манчестере , введены в эксплуатацию в 1894 году, и в Глазго , введены в эксплуатацию в следующем году. Оба были оснащены компанией Эллингтона и использовали более высокое давление 1120 фунтов на квадратный дюйм (77 бар). Это поддерживалось шестью паровыми двигателями тройного расширения мощностью 200 л.с. (150 кВт) каждая. Были установлены два гидроаккумулятора с поршнями диаметром 18 дюймов (460 мм), ходом 23 фута (7,0 м) и грузоподъемностью 127 тонн. В Манчестере гидравлическая станция была построена на восточной стороне Глостер-стрит, возле железнодорожной станции Manchester Oxford Road . Позже к нему добавились станции на Уотер-стрит и Потт-стрит, последняя теперь находится под автостоянками Центрального торгового парка. На пике своего развития в 1930-х годах система состояла из 35 миль (56 км) труб, которые были подключены к 2400 машинам, большинство из которых использовалось для тюкования хлопка. Система была остановлена ​​в 1972 году. В Глазго насосная станция находилась на пересечении улиц Хай-стрит и Роттенроу. К 1899 году он снабжал энергией 348 машин, а еще 39 находились в процессе завершения. Диаметр труб составлял 7 дюймов (180 мм), а к 1909 году их было около 30 миль (48 км), когда потребителям было поставлено 202 141 британский галлон (918,95 м 3 ) воды под высоким давлением. Система была остановлена ​​в 1964 году.

Системы за пределами Великобритании

Антверпен

Все британские системы были разработаны для обеспечения энергией прерывистых процессов, таких как работа ворот доков или кранов. Система, установленная в Антверпене, несколько отличалась тем, что ее основной целью было производство электроэнергии для освещения. Он был введен в эксплуатацию в 1894 году и использовал насосные двигатели общей мощностью 1000 л.с. (750 кВт) для подачи воды под давлением 750 фунтов на квадратный дюйм (52 бара). Эллингтон, писавший в 1895 году, заявил, что ему трудно понять, что это было экономное использование гидравлической энергии, хотя испытания, проведенные на его заводах в Честере в октябре 1894 года, показали, что КПД в 59 процентов может быть достигнут непосредственно с помощью колеса Пелтона. в сочетании с динамо-машиной.

Австралия

Две основные системы были построены в Австралии. Первый был в Мельбурне , где в июле 1889 года начала свою деятельность компания Melbourne Hydraulic Power Company. Компания была авторизована законом Викторианского парламента, принятым в декабре 1887 года, и началось строительство системы, при этом Coates & Co. выступала в качестве инженеров-консультантов. и Джордж Суинберн, работающий менеджером по проектированию. Паровая насосная установка была поставлена ​​Abbot & Co. из Англии. Расширение было быстрым: к концу 1889 года к системе было подключено около 70 машин, в основном гидравлических лифтов, а в середине 1890 года пришлось установить третью паровую машину, что более чем вдвое увеличило мощность системы. Четвертый насосный двигатель был добавлен в 1891 году, когда к сети было подключено 100 потребителей. Магистрали представляли собой смесь труб диаметром 4 дюйма (100 мм) и 6 дюймов (150 мм). Воду добывали из реки Ярра до 1893 года, после чего ее использовали из запасов Департамента общественных работ. К 1897 году было около 16 миль (26 км) водопровода. Вторая насосная станция была добавлена ​​в 1901 году, а в 1902 году потребителями было использовано 102 миллиона галлонов (454 мегалитра) воды под давлением.

Система функционировала как коммерческое предприятие до 1925 года, после чего бизнес и его активы вернулись в город Мельбурн, как указано в первоначальном законе. Одним из первых улучшений, внесенных городским советом, было укрепление системы. Паровые насосы были заменены новыми электронасосами, расположенными на электростанции на Спенсер-стрит , которые, таким образом, поставляли в город электроэнергию и гидравлическую энергию. Гидравлическая система продолжала работать в муниципальной собственности до декабря 1967 года.

В январе 1891 года в Сиднее была подключена система , которая была санкционирована парламентским актом 1888 года. Джордж Суинберн снова был инженером, и к 1894 году система снабжала энергией около 200 машин, в том числе 149 лифтов и 20 док-станций. краны. Операционной компанией была Sydney and Suburbs Hydraulic Power Company, позже сокращенная до Sydney Hydraulic Power Company. Напорные магистрали имели диаметр 4 дюйма (100 мм) или 6 дюймов (150 мм), а на пике их протяженность составляла около 80 км, охватывая территорию между Пирмонтом , Вуллумулу и Бродвеем . В 1919 году большинство из 2369 лифтов в столичном регионе имели гидравлический привод. Насосная станция вместе с двумя гидроаккумуляторами была расположена в районе Дарлинг-Харбор , и в 1952 году первоначальные паровые двигатели были заменены тремя электродвигателями, приводящими в движение центробежные насосы . Схема оставалась в частной собственности до своей ликвидации в 1975 году, а насосная станция. с тех пор использовался как таверна.

Буэнос айрес

Система Эллингтона в Буэнос-Айресе была разработана для управления системой откачки сточных вод в городе.

Женева

Женева создала общественную систему в 1879 году, используя паровой двигатель мощностью 300 л.с. (220 кВт), установленный на Пон-де-ла-Машине, для перекачки воды из Женевского озера, которая обеспечивала город питьевой водой и водой под давлением. Гидроэнергетику использовали около сотни небольших мастерских, на которых были установлены водяные двигатели типа Шмид. Мощность двигателей составляла от 1 до 4 л.с. (от 0,75 до 2,98 кВт), а вода подавалась под давлением от 2 до 3 бар (от 29 до 44 фунтов на квадратный дюйм).

В связи с повышенным спросом была установлена ​​новая насосная установка, которая начала работу в 1886 году. Насосы приводились в движение турбинами Jonval, использующими гидроэнергию реки Рона . Эта структура называлась Usine des Forces Motrices и была одной из крупнейших структур по выработке и распределению электроэнергии во время строительства. К 1897 году было установлено 18 турбин общей мощностью 3,3 МВт.

В распределительной сети использовались три различных уровня давления. Для подачи питьевой воды использовалось самое низкое давление, в то время как магистраль среднего и высокого давления служила гидравлическими сетями. Магистраль промежуточного давления работала под давлением 6,5 бар (94 фунта на квадратный дюйм), и к 1896 году было проложено около 51 мили (82 км) трубопроводов. Он использовался для привода 130 водяных двигателей типа Шмид полной мощностью 230 л.с. (170 кВт). Сеть высокого давления имела рабочее давление 14 бар (200 фунтов на квадратный дюйм) и имела общую длину 58 миль (93 км). Он использовался для питания 207 турбин и двигателей, а также приводов лифтов, и имел полную мощность 3000 л.с. (2200 кВт).

Многие турбины использовались для привода генераторов электрического освещения. В 1887 году рядом с электростанцией была построена электростанция, которая вырабатывала 110 В постоянного тока с максимальной мощностью 800 л.с. (600 кВт) и сеть переменного тока с максимальной мощностью 600 л.с. (450 кВт). Генераторы приводились в движение водяной турбиной, питаемой от гидравлической сети. Гидравлическая сеть не конкурировала с электросетью, но рассматривалась как дополнение к ней и продолжала снабжать электроэнергией многих потребителей до экономического кризиса 1930-х годов, когда спрос на воду под давлением в качестве источника энергии снизился. . Последний водяной двигатель был списан в 1958 году.

Чтобы избежать чрезмерного повышения давления в гидравлической сети, рядом с главным залом электростанции был установлен выпускной клапан. Устройство выбрасывало высокий фонтан, Jet d'Eau , всякий раз, когда оно было активировано. Обычно это происходило в конце рабочего дня, когда фабрики выключали свои машины, что затрудняло контроль давления в системе и регулирование подачи воды под давлением в соответствии с фактическим спросом. Высокий фонтан был виден издалека и стал визитной карточкой города. Когда было найдено инженерное решение, которое сделало фонтан ненужным, возник протест, и в 1891 году он был перенесен на его нынешнее место в озере, где он действовал исключительно как туристическая достопримечательность, хотя вода для его создания все еще поступала из гидравлическая сеть.

Резюме

Система Оперативный Закрыто Насосные станции Сеть (миль) Сеть (км) Давление (фунт / кв. Дюйм) Давление (бар)
Корпус 1876 ​​г. 1947 г. 1 2,5 4 700 48
Лондон 1883 г. 1977 г. 5 184 296 750 52
Ливерпуль 1888 г. 1971 г. 2 30 48 800 55
Мельбурн 1889 г. 1967 2 16 26 год 750 52
Бирмингем 1891 г. 1 700 48
Сидней 1891 г. 1975 г. 1 50 80 750 52
Манчестер 1894 г. 1972 г. 3 35 год 56 1,120 77
Антверпен 1894 г. 1 4.5 7.2 750 52
Глазго 1895 г. 1964 г. 1 30 48 1,120 77
Женева 1879 г. 1958 г. 1 109 175 94/203 6,5 / 14

Наследие

Внешний гидроаккумулятор в Бристольской гавани

Бристольская гавань до сих пор имеет действующую систему, насосное оборудование которой было поставлено Фуллертоном, Ходгартом и Баркли из Пейсли , Шотландия в 1907 году. Машинное отделение - это здание, внесенное в список памятников архитектуры категории II * , построенное в 1887 году, полностью сданное в эксплуатацию к 1888 году, с башня на одном конце для размещения гидроаккумулятора. Второй аккумулятор был установлен снаружи здания (датирован 1954 годом), что позволило легче визуализировать работу системы.

Ряд артефактов, в том числе здания, использовавшиеся в качестве насосных станций, пережили упадок государственных гидравлических сетей. В Халле насосная станция Machell Street была повторно использована в качестве мастерской. Здание по-прежнему поддерживает секционный резервуар с чугунной крышей, который используется для осаждения иловой воды реки Халл, и отмечен синей табличкой в ознаменование его важности. В Лондоне насосная станция Бермондси, построенная в 1902 году, используется как инженерное сооружение, но сохранила дымовую трубу и аккумуляторную башню, а станция в Уаппинге практически завершена, сохранив все оборудование, которое все еще находится в рабочем состоянии. Здание внесено в список II * степени завершенности.

В Манчестере насосная станция Уотер-стрит, построенная в стиле барокко между 1907 и 1909 годами, использовалась в качестве мастерских для Городского колледжа, но с 1994 года является частью Народного исторического музея . Одна из насосных установок была перемещена в музей. науки и промышленности , где он был приведен в рабочее состояние и является частью более крупного показа гидравлической энергии. Насосы были произведены манчестерской фирмой Galloways.

В Женеве до сих пор есть фонтан Jet d'Eau, но с 1951 года он питается от частично затопленной насосной станции, которая использует воду из озера, а не из городского водопровода. Два насоса Sulzer , названные Jura и Salève, создают фонтан, который поднимается на высоту 460 футов (140 м) над поверхностью озера.

Смотрите также

Библиография

  • Кросс-Рудкин, Петр; и другие. (2008). Биографический словарь инженеров-строителей в Великобритании и Ирландии: Том 2: 1830–1890 . Томас Телфорд. ISBN 978-0-7277-3504-1.
  • Дюклузо, Андре (1 января 2002 г.). "Transporter l'énergie hydraulique à distance, avant l'électricité (1830–1890)". La Houille Blanche . 4–5 (4–5): 28–33. DOI : 10.1051 / LHB / 2002054 .
  • Филд, Корин (16 августа 2004 г.). "Накачать объем - Манчестерское гидравлическое наследие" . Культура 24 . Проверено 30 мая 2011 года .
  • Гибсон, JW; Пирс, MC (2009). «Остатки ранних гидроэнергетических систем» (PDF) . 3-я Австралазийская конференция инженерного наследия. Архивировано из оригинального (PDF) 27 сентября 2011 года . Проверено 29 мая 2011 года .
  • Руководство Graces (1891). "Практикующий инженер, том V" . Техническое издательство.
  • HSC онлайн (1999). «Инженерные изыскания - гидроэнергетика» . Университет Чарльза Стерта. Архивировано из оригинального 16 апреля 2014 года . Проверено 15 апреля 2014 года .
  • Макнил, Ян (1972). Гидравлическая мощность . Группа Longman. ISBN 978-0-582-12797-5.
  • Пирс, Майлз (2006). "Мельбурнская гидравлическая энергетическая компания" . Инженерное наследие Австралии (Виктория). Архивировано из оригинального 13 октября 2012 года .
  • Пирс, Майлз (декабрь 2008 г.). "Мельбурнская гидравлическая энергетическая компания" . Информационный бюллетень 21, Engineering Heritage Australia. Архивировано из оригинального 26 июля 2011 года.
  • Пью, Б. (1980). Гидравлический век . Публикации по машиностроению. ISBN 978-0-85298-447-5.
  • Тиссо, Татьяна (23 ноября 2017 г.). «История женевского Jet d'Eau» . Дом Швейцарии.

Рекомендации

Литература