ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНОЙ ЭНЕРГИИ
С момента перехода к оседлому образу жизни человек стремился использовать энергию текущего, падающего водного потока и его напор.
Подъем воды
По-видимому, первым водоподъемным устройством была противовесная система типа колодезного «журавля» (в некоторых странах имевшая название «шадуф» или «чадуф», «чадуфон»). Она являлась одним из древнейших и простейших водоподъемных устройств. Изображения шадуфа встречаются на древнеегипетских папирусах и барельефах.
При необходимости поднять воду на большую высоту использовалась система шадуфов, в которой вода подавалась наверх в несколько приемов – со ступени на ступень.
Поливка садовых деревьев с помощью шадуфа (гробница Ипуи)
Конструкция шадуфа оказалась настолько простой, но в то же время удобной и эффективной, что использовалась во все времена практически всеми известными цивилизациями. Она используется и до сих пор.
В древних цивилизациях: египетской, шумерской, китайской, бенгальской (то есть в 4 000 – 3 000 лет до н. э.) для подъема воды и подачи ее на поля уже использовались водоподъемные колеса (рис.).
а
| б
|
Водоподъемные колеса:
а – с черпаками; б – с лопатками
1 – колесо; 2 – черпак; 3 – лопасти; 4 – водоотводящий лоток
Они устраивались с черпаками или лопатками (лопастями) по ободу. У колеса с черпаками (рис. а) вода поднималась до верхней точки колеса, изливалась из черпаков в приемный резервуар и поступала затем в оросительный канал. У колеса с лопатками (рис. б) вода поднималась по желобу вверх на необходимую высоту и далее изливалась в канал. Водоподъемные колеса приводились во вращение рабами, верблюдами или волами. Рабы, находясь на колесе, шагали по специальным ступенькам и создавали вращательный момент.
Водоподъемное колесо с лопастями:
1 – привод, 2 – колесо, 3 – лопасти, 4 – приемное устройство
Водоподъемное колесо с черпаками:
1 – лоток, 2 – черпак, 3 – колесо
Водоподъемное колесо в древнем Китае
Водоподъемныеколеса в Сирии в городе Хама. 1960-е годы
Старые водоподъемные колеса в Сирии в городе Хама
На последнем рисунке приведена схема водоподъемного колеса и система водоснабжения (I век до н. э.): колесо диаметром около трех метров погружено в водоем. По перекладинам, установленным по ободу колеса, шел человек, как бы взбираясь по лестнице. Но получалось так, что он находился на месте, а колесо вращалось с помощью его ног. К ободу колеса были прикреплены ковши. При погружении ковша в водоем он наполнялся водой, а когда он поднимался наверх, вода выливалась в резервуар и далее текла по трубам к бассейну и фонтану.
До сих пор в Сирии сохранились в работоспособном состоянии 22 водяных колеса возрастом около 3000 лет. Это огромные деревянные колеса диаметром до 21 м и весом до 20 тонн. Они приводятся в движение течением воды в реке или канале и забирают воду с помощью деревянных желобов, прикрепленных под углом к окружности колеса. Когда желоб проходит через высшую точку колеса, вода выливается в водоотводный желоб. Похожие колеса, только из бамбуковых трубок, использовались в Китае.
Нории:
а – с черпаками; б – с дисками
1 – ведомый вал; 2 – цепь с черпаками (с дисками); 3 – ведущий вал; 4 – лоток для отвода воды; 5 – труба
Нории – водоподъемные устройства в виде бесконечной вертикальной цепи с черпаками или дисками (рис.). Принцип подъема и излива воды здесь тот же, что и у водоподъемных колес. Разница лишь в том, что вместо жесткого обода колеса используется гибкая цепь. В нории с дисками на цепь вместо черпаков надеты диски, часть пути которых при вращении цепи проходит через трубу, поднимая воду к отводящему лотку.
Нория для подъема жидкости
Одна из разновидностей нории называлась «чигирем». Чигирь – это, как правило, огромное и тяжелое колесо-барабан, соединенное с горизонтальным валом, который вращался либо людьми, либо животными. Длина горизонтального вала доходила до 8 м. На барабане между его ободами располагались один или два каната – «бесконечная цепь», к которой крепились черпаки. Вода из опрокидывающихся черпаков поступала в отводной лоток и затем – к потребителям. Диаметры барабанов доходили до 6 м.
Другое название чигиря – персидское колесо.
По-видимому, название пришло в русский язык из Средней Азии (Хорезма), где такое водоподъемное колесо называлось «чикир». Довольно давно такое устройство появилось на юге России – в Астрахани, в Крыму. Слово вошло в язык казаков: «чигирать воду», «чигирная поливка».
Лошадь или волы вертят стоячий вал, с помощью шестерней вращение передается колесу-барабану над колодцем; через колесо перекинута круглая цепь с ковшами; они черпают и выливают воду опрокидкою через колесо в корыто или желоб, откуда она растекается скатными канавками по бахче; главное искусство – расположить канавки.
Чигири использовались на юге Европейской части России до конца XIX века. В странах Центральной Азии и Персидского залива (Афганистан, Иран, Ирак) используются до сих пор.
Для подъема воды на небольшую высоту использовались архимедов винт, вороты, четочные подъемники, противовесные системы в виде «журавля». Архимедов винт представлял собой вал с навитой на него винтовой поверхностью, установленный в наклонной трубе, нижний конец которой погружен в воду. При вращении оси вода поднимается вверх, так как она стремится сохранить самое низкое место между поверхностью винта и поверхностью цилиндра.
Архимедов винт с ручным приводом:
1 – винтовая лестница; 2 – труба; 3 – рукоятка вращения; 4 – отводящий лоток;
5 – регулирующее устройство
Архимедов винт, приводимый в движение ветряком:
1 – двигатель, 2 – винт, 3 – кожух
Для подъема воды использовались и вороты, приводившиеся в движение также действием воды (рис).
Водоподъемная машина с реверсивным водяным колесом
Четочный водоподъемник состоит из трубы с широким раструбом в нижней части, поставленной в колодец. Через ворот в трубу запускался запассованный на ворот канат с большим количеством грузиков размером, равным внутреннему диаметру трубы. При вращении ворота грузики-поршни входили в трубу и поднимали воду. Из верхнего обреза трубы вода изливалась в емкости для дальнейшего использования.
Четочный подъемник:
1 – отводящий лоток; 2 – труба; 3 – колодец;
4 – канат с грузиками-поршнями; 5 – ворот
Множество вариантов устройств для подъема воды придумал и изобразил в своих записках Леонардо да Винчи: архимедовы винты, водяные колеса.
Еще один метод подъема воды, предложенный Леонардо, заключался в применении водяного колеса с чашами, которые зачерпывали воду из нижней емкости и выливали ее в верхнюю.
