Ватерпанк - не состоявшаяся ветвь развития человеческой истории?

Когда человеку пришла в голову мысль использовать силу текущей воды на благо своей жизнедеятельности? Пожалуй, ни кто не ответит на этот вопрос. Одно ясно — очень давно.
Я лично, придерживаюсь теории того, что на земле сменилось несколько человеко-цивилизаций, которые ( по неведомым нам причинам) возникали, развивались… и погибали :(
Возможно одна из наших пра-цивилизаций обратила на воду более пристальное внимание, чем наши «сограждане» и развила технический ватер-прогресс на невообразимую высоту? После чего их сантехники накосячили так, что вода из всех двигательных установок вырвалась на волю и смыла-таки цивилизацию с лица земли. Это нам и описали в ветхом завете под рабочим названием — «Потоп всемирный»? :)

Первые водяные колеса начали применяться более чем за 3000 лет до н.э. в Египте, Китае, Индии и других странах. Сведения об их использовании приводятся в таких древних источниках, «Десять книг об архитектуре» Витрувия (вторая половина I века до н.э.).

Колёса разделяются по типу подачи воды: нижнебойное, среднебойное и верхнебойное.



При этом, верхнебойный тип имеет КПД около 75%, нижнебойный — 15-20%

Водоподьёмные колёса были распространены повсеместно: Сирия, Месопотамия, Индия, Египет и т.д.
Древние греки поняли, что вращающееся водяное колесо может не только поднимать
воду, но и совершать другую полезную работу, если его ось соединить с каким-нибудь механизмом. От этой догадки оставался лишь шаг до изобретения водяной мельницы. В Древней Греции и Риме водяные колеса уже использовались для вращения мельничных жерновов.

В древнем Риме уже во II в. водяные мельницы были распространены почти повсеместно. Водяные колеса использовались и для выжимания масел, и для размягчения яблок, с их помощью заполнялся водой знаменитый римский водопровод.
Со временем, размеры колёс всё увеличивались, а применение им находилось всё более разнообразным.
Не только размеры колес увеличиваются, сами колеса принципиально изменяются. Они уже не просто колеса, стоящие в реке и использующие энергию течения. Строятся специальные плотины, увеличивающие напор воды; вода с помощью каналов подается на колесо таким образом, чтобы полнее использовать ее энергию.
Впервые на колесе, поставленном в Тулузе во второй половине XVI в., лопасти были размещены винтообразно, так что поток «действовал и весом, и ударом» (чтобы использовались и потенциальная, и кинетическая энергия движущейся воды). А это уже — прообраз гидравлической турбины.
В ХVII–XIX вв. в эпоху промышленной революции большое количество водохранилищ строится в промышленных районах Западной Европы, а также России для водоснабжения, водного транспорта, обеспечения растущих потребностей в механической энергии за счет использования водной энергии. Водяные колеса широко применяются во всех видах производства на заводах, рудниках, приводя в движение насосы, молоты, воздуходувные меха, вагонетки, рудоподъемники и другие механизмы, обеспечивают снабжение водой городов.

Колесо — так, колесо!
Соответственно, первый тип двигателей я лично (не по кинженерной классификации) и буду рассматривать как набор колёс, с лопатками, перемещаемыми циркулярно (по кругу) напором воды.



Рассмотрим несколько примеров «изобретений колеса» (водяного конечно).
Роторные двигатели:

James Watt's rotary of 1765 роторный двигатель с одной подвижной лопаткой. (Малоэффективен, быстро выходит из строя).



James Watt's three-vane rotary of 1782 Принцип тот же, лопаток — три.


Далее — в порядке увеличения количества лопаток и усложнения клапанной системы подачи воды.

The Cooke Rotary Engine: 1787. По сути — «нижнебойное колесо».



И ещё великое множество подобных проектов чуть-чуть отличающихся в мелочах, но общих по сути:



Это лишь ничтожно-малая часть проектов, которые можно найти в интернете, поискав на сочетание «роторный водяной двигатель». Как видите — всё просто: Трубки, камера, роторное колесо с лопатками, клапана подачи воды.

Деталей всё больше, сложность «моторов» возрастает, толку -ноль. Эволюционным прорывом в данном виде «ватер-стимпанк-роторномоторостроения» следует считать (Имхо) простое увеличение колличества лопаток, выверение гидродинамики и как следствие — «изобретение» турбины. Самое распространённое между прочим, на данный момент применение воды для совершения какой-либо работы (турбины ГЭС например). Прямое превращение энергии движения воды в электроэнергию.



Более интересна, на мой взгляд, конструкция, где давление воды толкает поршни, передавая через них усилие на коленвал. Таким образом, двигатель от просто «колеса» в своей конструкции отходит в сторону более привычных нам и распространенных поршневых двигателей.



Как например, Perret's hydraulic engine с двойным перекрытием и кольцевой подачей воды 1886 год.



Или вот двухцилиндровый двигатель с компрессией воды в цилиндре до 800 psi против 150 у пара в паровых установках.



Фотография Schmid engines в деревушке Altes Wasserwerk station in Rothenberg, работавшего с 1902 по 1960 год на насосной станции. Давление воды обеспечивалось 40 метрами водонапорной башни, позволяло перекачивать на 280 метров в долину Gammelsbachtal.



Чертёж одноцилиндрового двигателя Шмидта и сам двигатель, сохранившийся в Мюнхенском музее.





Armstrong three-cylinder hydraulic engine: 1850 Трёхцилиндровый двигатель.



До наших дней дошли два вполне работоспособных двигателя такой конструкции, поднимающие разводной мост Newcastle & Gateshead. Вода правда подаётся в них при помощи электромоторов :)



Двигатели, построенные Армстронгом успешно работали по заказу его друга Thomas Sopwith на рудниках Allenheads для откачки воды после 1845 года.

Ещё один двигатель, построенный Elswick в 1864 для лесопилки.



Гидравлические моторы Армстронга с успехом применяются на морских судах, особенно в военном флоте. Они вращают многотонные орудийные башни и кабестаны. Чертёж привода одной из таких башен.



A three-cylinder Ramsbottom engine — трёхцилиндровый двигатель Ramsbottom с качающимися цилиндрами.





Два таких двигателя до сих пор работают на водокачке Twyford Waterworks в Winchester, Hampshire (Великобритания). Ещё один таскает вагонетки с известью и мелом в Allenheads Lead Mines в Northumberland and St Munns, Шотландия.

Такие двигатели практически «неубиваемы» и не требуют присмотра, не перегреваются, в отличии от электрических.Только иногда смазывать необходимо.

Ещё одна разновидность… The Brotherhood radial engine 1893 год. Двигатель инженера Hastie.



Области применения: флот,





Горные рудники.

Один из таких двигателей трудился на свинцовом руднике Lochnell с 1830 года для откачки воды из забоя. По достижении 500 футов глубины, перестал справляться с этой задачей и в 1861 году из-за этого рудник закрыли.





Двигатель Артура Ригга THE RIGG WATER ENGINES. Позволял вариировать мощность двигателя в пределах 30 л.с. за счёт своей оригинальной конструкции.





Применялся для затаскивания тросом вагонеток на гору. Проект очень успешный по своим характеристикам, но сложный в изготовлении и обслуживании.

Ну и, наконец — третья ветвь ватермоторостроения (наименее проработанная и осуществимая) — использование свойств теплового расширения жидкости.

AMONTONS' FIREWHEEL: 1699 Я думаю, всё понятно без слов…



JAMES WATT'S MERCURY-STEAM WHEEL: 1769



MASTERMAN'S STEAM WHEEL: 1820



Существовало ещё несколько проектов, но практической пользы в них не увидели и о их постройке я не знаю.
Единственный двигатель(экспериментальный) на 50 л.с, найденный мною — вертикальный двигатель инженера J. F. J. Malone из Нью-Касла. Давление в цилиндре доходило до 1000 атм. Испытания проводились в 1925-1927 годах. Двигатель, по сути своей — модифицированный двигатель Стерлинга, использующий в качестве рабочего тела — воду.
КПД двигателя заявлено на уровне 27% (пар.судовые двигатели-14,7%, бенз. двигатели-26%, дизель-47%).

Что происходило с установкой в дальнейшем? Информации практически не сохранилось.



«Водяные часы». Хоть в них и применялась не вода, а другая жидкость (формула мне не известна), но я с натяжкой отношу этот двигатель к жидкостным.
Часы Пуджа. Выпускались в Германии в 1940 году фирмой Jauch and Schmid.
Нагревательный элемент подогревал жидкость в ампулах, менялась плотность… физика- ни каких фокусов.




Поршневые двигатели использовались же гораздо шире и разнообразнее.

Например, для надувания мехов органа Leeds Town Hall в 6500 труб



Или более компактного вертикального исполнения



Лондонский церковный орган, установленный в 1905 году. В 1931 г водяной двигатель поменяли на электрический, но саму установку сохранили в музее.





Но что мы всё о «большом» и «великом»? Вода пришла в каждый дом! :)

Двигатель для вращения швейной машинки на текстильной мануфактуре.



То же самое, но уже для домашнего пользования.A Lane water motor coupled to a sewing machine: 1881г.



Вентилятор на водяном ходу.A Lane water motor coupled to a sewing machine 1881год. Двигатель потребляет проточной воды около 7 литров в минуту.



Реклама типичного мотора для мелких домашних нужд !906 г.





Ещё одна бытовая установка.



А это гидродинамо использовалось для зарядки аккумуляторов для радио.



Ещё одно динамо от Mr Jephcott



В 1937 году множество домов в Великобритании имели такие установки для электроснабжения хозяйства.



Чертёж в одном из журналов для самостоятельного изготовления мотора для стиральной машины.



А это уже реклама бытовой стиральной машины заводского изготовления. Утверждается, что для её работы было достаточно обычного напора воды из крана.Германия. Конец 50-х годов прошлого века.



Лабораторная центрифуга.







С 1949 года большинство зданий в Англии были снабжены вот такими «аларм-звонками», не зависимыми от перебоев электроэнергии.



А это уже современный вариант, установленный в супермаркете для оповещения о тревоге при пожаре или ЧП.



На этом прекращаю, ибо тема эта неисчерпаема, хоть и чрезвычайно скудно представлена в интернете.