Введение

Система труб для передачи энергии через жидкость под давлением. Гидравлическая энергетическая сеть – это система взаимосвязанных труб, по которым транспортируется жидкость под давлением, используемая для передачи механической энергии от источника питания, такого как насос, к гидравлическому оборудованию, например, подъёмникам или двигателям. Эта система аналогична электрической сети, передающей энергию от электростанции конечным потребителям. В настоящее время функционирует лишь несколько гидравлических сетей передачи энергии; в современном гидравлическом оборудовании насос обычно встроен непосредственно в устройство. В конце XIX века гидравлическая сеть могла использоваться на фабрике, где центральный паровой двигатель или водяная турбина приводили в действие насос, а система трубопроводов высокого давления передавала энергию различным станкам. Идея общественной гидравлической энергетической сети была предложена Джозефом Брэма в патенте, полученном в 1812 году. Уильям Армстронг начал устанавливать подобные системы в Англии с 1840-х годов, используя воду с низким давлением, но настоящий прорыв произошел в 1850 году с появлением гидравлического аккумулятора, который позволил использовать значительно более высокое давление. Первая общественная сеть, снабжавшая множество предприятий, была построена в Кингстоне-на-Халле (Англия). Компания "Hull Hydraulic Power Company" начала свою деятельность в 1877 году, а инженером компании был Эдвард Б. Эллингтон. Эллингтон принимал участие в создании большинства британских сетей, а также некоторых за рубежом. Общественные сети были построены в Великобритании в Лондоне, Ливерпуле, Бирмингеме, Манчестере и Глазго. Аналогичные сети существовали в Антверпене, Мельбурне, Сиднее, Буэнос-Айресе и Женеве. К середине 1970-х годов все общественные сети прекратили свою работу, однако в Бристольской гавани до сих пор функционирует система, аккумулятор которой расположен за пределами главного насосного здания, что позволяет легко наблюдать за её работой.

История

Джозеф Брэма, изобретатель и слесарь, живший в Лондоне, зарегистрировал патент в Лондонском патентном ведомстве 29 апреля 1812 года, который касался главным образом организации общественной сети водоснабжения, но включал в себя дополнительную идею обеспечения водопроводом высокого давления, что позволило бы мастерским приводить в действие станки. Вода под высоким давлением должна была применяться "для множества других полезных целей, для которых она ранее не использовалась". Основными компонентами системы были кольцевой магистральный трубопровод, в который несколько насосных станций перекачивали воду, а давление регулировалось несколькими воздушными резервуарами или поршнями с грузом. Предохранительные клапаны защищали систему, которая, по его мнению, могла подавать воду под давлением "во много раз превышающим атмосферное", и по своей сути, так работали более поздние гидравлические системы. В Ньюкасле-апон-Тайне юрист по имени Уильям Армстронг, который экспериментировал с машинами, работающими на воде, работал в юридической фирме, представлявшей интересы компании Whittle Dene Water Company. Водная компания была создана для обеспечения Ньюкасла питьевой водой, и Армстронг был назначен секретарем на первом собрании акционеров. Вскоре после этого он написал в городской совет Ньюкасла, предложив перевести краны на причале на гидравлическое питание. Ему было поручено выполнить работу за свой счет, но в случае успеха он должен был быть вознагражден. Так и произошло, и он основал Newcastle Cranage Company, которая получила заказ на переоборудование остальных четырех кранов. После этого инженер из доков Ливерпуля посетил Ньюкасл и был впечатлен демонстрацией универсальности крана, которую показал машинист крана Джон Торберн, известный в городе как "Гидравлический Джек". В то время как система в Ньюкасле работала на воде из общественной сети водоснабжения, кран, установленный Армстронгом в Бернтисленде, не мог быть подключен к такой сети, поэтому он построил башню высотой 180 футов (55 м) с резервуаром для воды наверху, который заполнялся паровой машиной. В Эльсуике, Глазго, плата за воду, взимаемая Корпоративным водным департаментом, убедила владельцев, что использование крана с паровым приводом будет дешевле. Компания была ликвидирована в 1947 году, когда Ф. Дж. Хасвелл, который был менеджером и инженером с 1904 года, вышел на пенсию. Ответственным за систему в Халле был Эдвард Б. Эллингтон, который стал управляющим директором Hydraulic Engineering Company, базирующейся в Честере, с момента своего поступления в компанию в 1869 году. В момент установки такая схема казалась "прыжком в неизвестность", как писал Р. Х. Тведелл в 1895 году, но, несмотря на отсутствие энтузиазма по отношению к проекту, Эллингтон продвинулся вперед и использовал его в качестве полигона для тестирования как механических, так и коммерческих аспектов идеи. В конечном итоге он был так или иначе вовлечен в большинство гидравлических энергосетей Великобритании. Успех этих систем привел к их установке в таких отдаленных местах, как Антверпен в Бельгии, Мельбурн и Сидней в Австралии и Буэнос-Айрес в Аргентине. Независимые гидравлические энергосети также были установлены на доках Халла – как на Альберт-Доке (1869), так и на Александровском Доке (1885), где были установлены гидравлические генераторные станции и аккумуляторы.

Лондон

Наиболее известной общественной гидравлической сетью была городская сеть Лондонской гидравлической энергетической компании. Она была образована в 1882 году как General Hydraulic Power Company, а Эллингтон был консультантом-инженером. К следующему году приступила к работе другая компания, Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, с 11 км напорных трубопроводов по обе стороны реки Темзы. Они снабжали краны, доковые ворота и другое тяжелое оборудование. В соответствии с условиями Акта парламента, полученного в 1884 году, обе компании объединились, образовав Лондонскую гидравлическую энергетическую компанию. Изначально поставляя 17,75 миллионов галлонов (80,7 мегалитра) воды высокого давления ежедневно, этот объем вырос до 1650 миллионов галлонов (7500 мегалитров) к 1927 году, когда компания обеспечивала энергией около 8000 машин. Компания поддерживала 296 км магистральных трубопроводов, охватывающих территорию от Пентонвилла на севере до Лаймхауса на востоке, Найн-Элмса и Бермондси на юге и Эрлс-Корта и Ноттинг-Хилла на западе. Пять насосных станций поддерживали давление в магистралях, используя аккумуляторы. Первоначальная станция находилась на Фалькон-Уорф, Бэнксайд, но она была заменена четырьмя станциями в Уэппинге, Ротерхите, на Гросвенор-роуд в Пимлико и на Сити-роуд в Клеркенвелле. Пятая станция в доках Восточной Индии первоначально принадлежала Портовому управлению Лондона, но была переоборудована и подключена к системе. Станции использовали паровые двигатели до 1953 года, когда станция Гросвенор-роуд была переоборудована для использования электродвигателей, и после успеха этого проекта остальные четыре также были переоборудованы. Электродвигатели позволили использовать значительно меньшие аккумуляторы, поскольку они контролировали только давление и расход, а не накапливали энергию. Помимо лифтов, кранов и доковых ворот, сеть обеспечивала энергией платформу кабаре в отеле Savoy, а с 1937 года – 720-тонный трехсекционный центральный пол в выставочном центре Earls Court, который можно было поднимать или опускать относительно основного пола для преобразования пространства между бассейном и выставочным залом. Лондонская система сократилась во время Второй мировой войны из-за разрушения оборудования и помещений клиентов. После войны большие районы Лондона были восстановлены, и перекладка напорных трубопроводов оказалась гораздо сложнее, чем обеспечение электроснабжением, поэтому к 1954 году количество машин сократилось до 4286. К 1890 году было установлено около 26 км магистральных трубопроводов, снабжаемых насосной станцией на Атол-стрит, на берегу канала Лидс-Ливерпуль. Хотя изначально вода бралась из канала, к 1890 году использовалась более чистая вода, поставляемая Ливерпульской корпорацией, что устранило необходимость в фильтрационной установке. В то время работали два насосных агрегата, а третий устанавливался. Давление поддерживалось двумя аккумуляторами, каждый из которых имел поршень диаметром 6 метров. Журнал Practical Engineer указывал давление как , но это, вероятно, неверно по сравнению с другими системами. Вторая насосная станция на Грэфтон-стрит была введена в эксплуатацию к 1909 году. Система прекратила работу в 1971 году.

Бирмингем

Бирмингем внедрил свою систему в 1891 году, когда открылась гидравлическая станция на Далтон-стрит. В необычном решении инженер городского водоснабжения Дж. У. Грей за несколько лет до этого проложил под улицами напорные трубопроводы, предвидя потребность в подобной системе. Гидравлическая станция использовала газовые двигатели Otto типа "Silent" и имела два аккумулятора с поршнем диаметром 6 метров, с ходом 6 метров и каждый из которых был нагружен весом в 93 тонны. Газовые двигатели запускались небольшим гидравлическим двигателем, использовавшим гидравлическую энергию, накопленную в аккумуляторах, а все оборудование поставляла компания Эллингтона. Известно лишь о небольшом количестве документов, содержащих подробное описание системы.

Манчестер и Глазго

Последние две общественные гидравлические системы в Великобритании были построены в Манчестере в 1894 году и в Глазго в следующем году. Обе системы были оснащены компанией Эллингтона и работали под более высоким давлением, которое поддерживалось шестью комплектами паровых двигателей тройного расширения, каждый из которых имел мощность [укажите мощность, отсутствующую в оригинале]. Были установлены два аккумулятора с поршнями диаметром 23 фута (7 м) и ходом 23 фута (7 м), загруженные 127 тоннами. В Манчестере гидравлическая станция была построена на восточной стороне Глостер-стрит, рядом с железнодорожной станцией Манчестер-Оксфорд-Роуд. Позже к ней были добавлены станции на Уотер-стрит и Потт-стрит, последняя из которых сейчас находится под парковками Центрального торгового парка. Система была выведена из эксплуатации в 1972 году.

Антверпен

Все британские системы были разработаны для обеспечения питания прерывистых процессов, таких как работа доковых ворот или кранов. Система, установленная в Антверпене, несколько отличалась тем, что ее основной целью было производство электроэнергии для освещения. Она была введена в эксплуатацию в 1894 году и использовала насосные двигатели, производящие в общей сложности [значение опущено в оригинале] для подачи воды в Эллингтоне. Пишущий в 1895 году [автор, имя опущено в оригинале] отметил, что ему трудно было увидеть в этом экономичное использование гидравлической энергии, хотя испытания, проведенные на его заводе в Честере в октябре 1894 года, показали, что можно достичь эффективности в 59 процентов, используя колесо Пелтона, непосредственно соединенное с динамо.

Австралия

В Австралии были построены две основные системы. Первая была в Мельбурне, где в июле 1889 года начала работу Мельбурнская гидравлическая компания. Компания была уполномочена Актом парламента Виктории, принятым в декабре 1887 года, и началось строительство системы, при этом Coates & Co. выступала в качестве инженеров-консультантов, а Джордж Суинберн работал управляющим инженером. Паровая насосная установка была поставлена компанией Abbot & Co. из Англии. Расширение происходило быстро, к концу 1889 года к системе было подключено около 70 машин, в основном гидравлических лифтов, а в середине 1890 года потребовалось установить третий паровой двигатель, что более чем удвоило мощность системы. В 1891 году был добавлен четвертый насосный двигатель, к тому времени к сети было подключено 100 потребителей. Магистрали состояли в основном из труб диаметром и . До 1893 года вода бралась из реки Ярра, после чего ее стали брать из водоснабжения Департамента общественных работ. К 1897 году протяженность магистралей составила около 26 километров. В 1901 году была добавлена вторая насосная станция, а в 1902 году потребители использовали 102 миллиона галлонов (454 мегалитра) воды под давлением. Система работала как коммерческое предприятие до 1925 года, после чего бизнес и его активы вернулись городу Мельбурн, как это было предусмотрено первоначальным актом. Одним из первых улучшений, сделанных городским советом, стала консолидация системы. Паровые насосы были заменены новыми электрическими насосами, расположенными на электростанции на Спенсер-стрит, которая таким образом обеспечивала город как электрической, так и гидравлической энергией. Гидравлическая система продолжала работать под муниципальной собственностью до декабря 1967 года. Эксплуатирующей компанией была Сиднейская и пригородная гидравлическая компания, позже сокращенная до Сиднейской гидравлической компании. Напорные магистрали имели диаметр либо , либо , и в период расцвета их протяженность составляла около 80 километров, охватывая территорию между Пирмонтом, Вулломолу и Бродвеем. В 1919 году большинство из 2369 лифтов в столичной зоне работали на гидравлическом приводе. Схема оставалась в частной собственности до ее ликвидации в 1975 году, а насосная станция с тех пор была переоборудована в таверну. Гидравлическая энергетическая сеть не конкурировала с электроснабжением, а рассматривалась как его дополнение и продолжала поставлять энергию многим потребителям до экономического кризиса 1930-х годов, когда спрос на воду под давлением в качестве источника энергии снизился. Последний водомотор был выведен из эксплуатации в 1958 году. Чтобы избежать чрезмерного повышения давления в гидравлической сети, рядом с главным залом электростанции был установлен предохранительный клапан. Устройство выбрасывало высокий фонтан, Jet d'Eau, при каждом его срабатывании. Обычно это происходило в конце дня, когда фабрики выключали свои машины, что затрудняло контроль давления в системе и регулировку подачи воды под давлением в соответствии с фактическим спросом. Высокий фонтан был виден издалека и стал достопримечательностью города. Когда было найдено инженерное решение, которое сделало фонтан ненужным, раздались протесты, и в 1891 году он был перенесен в нынешнее местоположение в озере, где он функционировал исключительно как туристическая достопримечательность, хотя вода для его создания все еще поступала из гидравлической сети.

Новая Зеландия

Две системы были построены в Новой Зеландии. Водовод Темза был построен в 1876 году для снабжения водой золотых приисков Темзы, обеспечивая работу дробильных установок, насосов и подъёмного оборудования шахт. Позже, в 1914 году, электроэнергия стала поступать к жителям Темзы, а после прекращения добычи золота в следующем году турбина и генератор Франциса использовали избыток воды для выработки дополнительной электроэнергии для города. В конечном итоге, система была выведена из эксплуатации в 1946 году. Водовод Оамару был спроектирован Дональдом МакЛеодом (родился в 1835 году). Он был открыт в 1880 году после 3 лет строительства. Вода поступала из реки Уаитаки, водовод протянулся почти на 50 км и включал в себя водозаборное сооружение, успокоительный бассейн, 19 акведуков и шесть туннелей. Избыточная мощность использовалась для привода водяных двигателей, водомоторов и турбин в городе Оамару на протяжении десятилетий, и система функционировала в течение 103 лет. Большая часть водовода и его компонентов сохранилась до наших дней.

Резюме

Система Рабочие Закрытые насосные станции Главные (мили) Главные (км) Давление (psi) Давление (бар)
Халл 1876 1947 1 2.5 4 700 48
Темза 1876 1946 1 9.6 15.5
Оамару 1880 1983 1 26 42
Лондон 1883 1977 5 184 296 750 52
Ливерпуль 1888 1971 2 30 48 800 55
Мельбурн 1889 1967 2 16 26 750 52
Бирмингем 1891 1 700 48
Сидней 1891 1975 1 50 80 750 52
Манчестер 1894 1972 3 35 56 1120 77
Антверпен 1894 1 4.5 7.2 750 52
Глазго 1895 1964 1 30 48 1120 77
Женева 1879 1958 1 109 175 94 / 2036.5 / 14

Наследие

В Бристольской гавани до сих пор функционирует рабочая система, насосное оборудование которой было поставлено компанией Fullerton, Hodgart и Barclay из Пейсли, Шотландия, в 1907 году. Машинный корпус является зданием, имеющим статус II*, построенным в 1887 году и полностью введенным в эксплуатацию к 1888 году, с башней на одном конце для размещения гидравлического аккумулятора. Второй аккумулятор был установлен снаружи здания (в 1954 году), что позволяет легче наблюдать за работой системы. Сохранилось множество артефактов, включая здания, использовавшиеся в качестве насосных станций, переживших упадок общественных гидроэнергетических сетей. В Халле насосная станция на улице Мачелл была переоборудована в мастерскую. Здание по-прежнему поддерживает секционную чугунную крышу-резервуар, использовавшуюся для отстаивания илистой воды реки Халл, и отмечена синей табличкой в память о её значимости. Насосная станция в Ваппинге практически полностью сохранилась, включая всё оборудование, которое до сих пор находится в рабочем состоянии. Здание имеет статус II* благодаря своей сохранности. В Манчестере насосная станция на Уотер-стрит, построенная в стиле барокко между 1907 и 1909 годами, использовалась в качестве мастерских для Городского колледжа, но с 1994 года является частью Музея истории народа. Один из насосных агрегатов был перенесен в Музей науки и промышленности, где он был восстановлен и является частью более крупной экспозиции, посвященной гидравлической энергии. Насосы были изготовлены манчестерской фирмой Galloways. В Женеве до сих пор существует фонтан Jet d'Eau, но с 1951 года он питается от частично погруженной насосной станции, использующей воду из озера, а не из городского водопровода. Два насоса Sulzer, названные Jura и Salève, создают фонтан, достигающий высоты 460 футов (140 метров) над поверхностью озера.